Задачи для самостоятельной работы:
1. Написать уравнение реакций катодного и анодного процессов, протекающих при электролизе водных растворов с инертными электродами: хлорида кальция, сульфата железа (II), хлорида цинка, нитрата серебра.
2. Написать ионно-электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водных растворов: сульфата никеля (электроды угольные), нитрата цинка (электроды платиновые и цинковые).
3. Водный раствор содержит смесь нитратов меди (II), железа (II) и свинца (II) одинаковой концентрации. В какой последовательности будут выделяться металлы при электролизе раствора?
4. Вычислить процентную концентрацию раствора, образовавшегося в результате электролиза 400 мл 1%-го раствора гидроксида натрия (ρ = 1,1 г/см3), если известно, что при этом выделилось 5,6 л кислорода.
5. В течение какого времени следует пропускать через раствор электролита электрический ток силой 5 А, чтобы выделить грамм-эквивалент любого металла?
4. Коррозия металлов
Коррозия – это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металла, вызываемого его окислением, вследствие химического, электрохимического или биохимического взаимодействия металла с окружающей средой.
Получение металлов из их природных соединений всегда сопровождается значительной затратой энергии. Энергия, затраченная на получение металлов, накапливается в них как свободная энергия Гиббса и делает их химически активными веществами, переходящими в результате взаимодействия с окружающей средой в состояние положительно заряженных ионов:
|
Men+ + nē → Me0 (ΔG > 0) |
( 4.1 ) |
металлургия;
|
Me0 – nē → Men+ (ΔG < 0) |
( 4.2 ) |
коррозия.
Коррозионные процессы являются самопроизвольно протекающими процессами в соответствии со вторым началом термодинамики.
Из-за коррозии многие ценные свойства металлов утрачиваются. Их прочность, пластичность уменьшается. Вследствие коррозии ухудшаются свойства поверхности деталей, изменяются и их размеры. Нарушается герметичность аппаратов. Трение между движущимися в соприкосновении частями машин возрастает. При коррозии ухудшаются электрические и магнитные свойства металлов. Даже небольшое разрушение металлов при коррозии какого-то химического аппарата может вывести из строя, вызвать нарушения технологического режима, остановку процесса, потерю времени, и как следствие – нанесение ущерба окружающей среде продуктами транспортировки или хранения нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих установок и т.д. Эти расходы значительно превосходят убытки, связанные со стоимостью разрушенного металла. Поэтому изучение коррозии и разработка методов защиты металлов от нее представляет большой теоретический интерес, имеет огромное народно-хозяйственное значение.
4.1. Классификации коррозионных процессов
По характеру изменения поверхности металла либо по степени изменения физико-механических свойств коррозию подразделяют на несколько видов:
1. Сплошная коррозия – разрушению подвергается вся поверхность металла (рис. 10,а, б). Если разрушение металла протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности – коррозия сплошная равномерная. Коррозия неравномерная, если скорость разрушения металла на различных участках неодинакова.
2. Местная (локальная) коррозия - на поверхности металла обнаруживаются поражения в виде отдельных пятен – поражений, не сильно углубленных в толщу металла (рис.10,в), язв-поражений, сильно углубленных в толщу металла (рис.10,г), точек (питтингов), иногда еле заметно глазу, но глубоко проникающих в металл (рис. 10,д).
3. Подповерхностная коррозия-разрушение идет преимущественно под защитным покрытием; продукты коррозии сосредоточиваются внутри металла, возможно вспучивание и расслоение металла (рис.10,е).
4. Избирательная коррозия - разрушается один из компонентов сплава, а остальные практически остаются без изменений (рис.10,ж). Например, при коррозии латуни в серной кислоте происходит коррозия цинка, и сплав обогащается медью.
5. Межкристаллитная коррозия- разрушение металла по границе кристаллов (зерен) с потерей его механической прочности. Внешний вид металла при этом не меняется, но он легко разрушается на отдельные кристаллы (рис.10,и).
6. Щелевая коррозия- разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях и др. соединениях.
|
а |
б |
в |
г |
|
д |
е |
ж |
и |
|
Рис. 10. Вид коррозии: а-сплошная равномерная; б-сплошная неравномерная; в-пятнами; г-язвами; д-точками(питтинговая); е-подповерхностная; ж-избирательная; и-межкристаллитная | |||
Разнообразные процессы коррозии можно классифицировать, исходя из различных основ. По характеру среды, в которой протекают эти процессы, различают:
а) коррозию в сухих газах (газовую);
б) коррозию атмосферную (в условиях влажного воздуха);
в) коррозию в жидкостях – в растворах электролитов, воде, неэлектролитов (нефти, керосине);
г) коррозию в почве – почвенная.
По механизму взаимодействия металла со средой различают коррозии: химическую и электрохимическую, биохимическую – протекающую под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, радиационную – протекающая под действием радиационного излучения. Именно эта классификация процессов коррозии представляется наиболее важной, т.к. для успешной защиты металлов от губительного воздействия окружающей среды необходимо, прежде всего, знать механизм разрушения, изучить процессы, протекающие на границе металла и среды. Только тогда можно выбирать наиболее эффективный и экономичный метод защиты металла.
По природе гетерогенных процессов взаимодействия металлов с окружающей средой коррозионные процессы можно разделить на следующие виды:
а) биохимическая коррозия;
б) химическая коррозия;
в) электрохимическая коррозия;
г) электрокоррозия.
По характеру дополнительных воздействий, которым подвергаются металлы одновременно с воздействием агрессивной среды выделяют:
1. Коррозия под напряжением - растягивающие напряжения приводят к коррозионному растрескиванию. Разрушение происходит не только по границам кристаллов, но разделяется на части и сам кристаллит металла. Одновременное воздействие циклических растягивающих напряжений и агрессивной среды вызывает коррозионную усталость – происходит понижение предела усталости металла (усталостью металла называется процесс постепенного накопления повреждений под воздействием переменных напряжений (деформаций), приводящих к изменению свойств, зарождению и развитию трещин).
2. Коррозия при трении возникает при перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды.
3. Кавитационная коррозия – разрушение поверхности металла, вызываемое одновременным коррозионным и механическим воздействием агрессивной среды, например, коррозия лопастей гребных винтов морских и речных судов.