3.2.4. Коррозия металлов

При решении задач этого раздела см. приложение, табл.6.

КОРРОЗИЯ - это самопроизвольно протекающий процесс окисления металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей агрессивной средой.

Скорость химической коррозии обычно невелика, т.к. процесс окисления металла и восстановления частиц агрессивной среды идут на одной поверхности окисляющегося металла и мешают друг другу.

Электрохимическая коррозия протекает с образованием микрогальванических элементов (гальванопар), которые возникают при контакте разнородных металлов, контакте металла с ⁴ токопроводящим соединением металла или токопроводящим неметаллом, при контакте металла с раствором электролита с различной концентрацией в разных точках раствора, при неоднородных механических напряжениях металлического покрытия и т.п.

Во всех случаях анодом служит более активный металл, окисление которого идет по схеме

(А) Me - n = Меⁿ⁺

На поверхности катода, независимо от его химического состава, идет восстановление частиц агрессивной среды

в кислой среде: 2Н⁺ + 2= Н₂ ;

в нейтральной среде: 2Н₂O + 2= Н₂ +2OН^- ;

атмосферная коррозия: 2Н₂O + O₂ + 4= 4OН^-;

в щелочной среде: если металл может образовать амфотерные гидроксиды, то в щелочной среде идет дополнительная реакция

Me(OH)_n + nOH^- = MeO^n-_n +nH₂O,

в противном случае коррозия сводится к обычной атмосферной коррозии.

ПРИМЕР 1

Привести схемы электрохимической коррозии оцинкованного железа в различных средах.

РЕШЕНИЕ

В указанной гальванопаре цинк, как более активный металл (см. приложение, табл.6) служит анодом и окисляется по схеме

(А) (Zn): Zn - 2=Zn²⁺

Процессы на катоде (в данном случае - на железе) указаны выше. Приведем суммарные уравнения катодных и анодных процессов

в кислой среде: Zn + 2H⁺ =Zn²⁺ +H₂ ;

в нейтральной среде: Zn + 2Н₂ O = Zn(OH)₂ + Н₂;

атмосферная коррозия: 2Zn + 2Н₂ O + 0₂ = 2Zn(OH)₂;

в щелочной среде: Zn(OH)₂ + 2OH^- = ZnO₂^2- +2H₂O

ПРИМЕР 2

Привести схему атмосферной коррозии чугуна.

РЕШЕНИЕ

Чугун - сложная система, состоящая главным образом из пары Fe/углерод, в которой анод - железо, катод - углерод.

А(Fe): Fe – 2=Fe²⁺ 2; окисление

К(С): 2H₂O + O₂ +4= 4OH^- 1; восстановление

_____________________________________________

Суммарное уравнение: 2Fe + 2H₂O + O₂ = 2 Fe(OH)₂

В присутствии кислорода железо переходит в более устойчивую степень окисления +3: 4 Fe(OH)₂ + O₂ +2 Н₂ O = 4 Fe(OH)₃.

При решении подобных задач смотрите химические свойства соответствующих металлов.

Контрольные задания (251-270)

Задания 251-260. Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, а также молекулярные уравнения суммарных преобразующих реакций коррозии, нижеуказанных гальванопар в различных средах: в кислой, щелочной и нейтральной, а также в атмосфере.

251. Mn/Au; 252. Сr/Cu ; 253. Sn/Hg

254. Ti/Ni ; 255. Zr/Bi; 256. Ag/Pb

257. Li/Mg ; 258. Al/Cd; 259. Fe/Sn ; 260. Mg/Cr

Задания 261-270. Приведите примеры металлов, которые могут служить анодными покрытиями, и металлов, которые могут служить катодными покрытиями для нижеуказанных металлов. Приведите схемы коррозии (анодные, катодные процессы и молекулярные уравнения суммарных токообразующих реакций) в кислой среде и во влажном воздухе (Н₂О + О₂ - атмосферная коррозия) при нарушении целостности покрытий.

261. Сu 266. Аg

262. Сr 267. Fe

263. Мn 268. V

264. Мg 269. Ti

265. Ni 270. Cd