Контрольні запитання

1. Дати визначення гальванічного елементу.

2. Як визначити, який з металів в гальванічній парі буде анодом, а який катодом?

3. Що таке концентраційний гальванічний элемент7

4. Як знайти э.д.с. гальванічного елементу?

5. Обчислити потенціал даних електродів за допомогою рівняння Нернста.

8 Корозія металів Теоретична частина

Корозія - процес мимовільного руйнування металів і сплавів під дією навколишнього середовища; даний процес є окисно-відновним і протікає на межі розділу фаз.

Процес корозії характеризується зменшенням енергії Гиббса системи ( G < 0).

ΔG = ΔH – T ΔS,

(8.1)

де ΔH– зміна ентальпії; ΔH< 0, оскільки хімічна енергія реакції корозійного руйнування металів і сплавів виділяється у вигляді теплоти і розсівається в навколишньому просторі;

ΔS – зміна ентропії; ΔS> 0, оскільки продукт корозії має більш невпорядковану структура, ніж метал або сплав. Наприклад, залізо (Fe) має тверду кристалічну структуру, а продукт корозії (FеOOH) – рихлу структуру, яка характеризується великим значенням ентропії;

Т – температура, яка може мінятися в різних межах, залежно від умов протікання корозійного процесу.

При розгляді будь-якого корозійного процесу, можна виділити основні стадії:

1. підведення частинок агресивного середовища (окислювача) до поверхні металу або сплаву;

2. закріплення частинок агресивного середовища на поверхні твердої фази (процес адсорбції);

3. ослаблення зв'язку частинок агресивного середовища ;

4. хімічна взаємодія металу або сплаву і агресивного середовища;

5. формування фази продукту корозії;

6. відведення продукту корозії із зони хімічної реакції.

По механізму протікання корозійного процесу, який залежить від характеру зовнішнього середовища, розрізняють хімічну і електрохімічну корозію.

Хімічна корозія – мимовільне руйнування металу або сплаву в окислювальних середовищах, які не проводять електричний струм.

До неї відносяться:

а) високотемпературна корозія в атмосфері сухих газів, тобто за відсутності конденсації вологи на поверхні металу або сплаву (сухе повітря, хлор, сірководень і так далі);

б) корозія в рідких неелектропровідних середовищах. До них відносяться рідини органічного походження (бензин, гас, сірчиста нафта і так далі), а також ряд рідин неорганічного походження ( розплавлена сірка, рідкий бром і ін.).

Суть хімічної корозії зводиться до окисно-відновної реакції, яка протікає між металом або сплавом і окислювачем.

Наприклад, хМе + у/2 О₂ = Ме_ХО_У

При окисленні металу або сплаву утворюється плівка продукту корозії, яка може проявляти різні властивості, тобто захищати поверхню від подальшого окислення або не захищати. Щоб плівка продукту корозії володіла захисними властивостями, вона повинна задовольняти наступним вимогам:

1. бути суцільною, непористою;

2. мати хороше зчеплення з металом;

3. бути хімічно інертною по відношенню до даного агресивного середовища;

4. володіти твердістю і зносостійкістю.

Електрохімічна корозія – мимовільне руйнування металу або сплаву в середовищі електроліту:

- у розчинах електролітів (розчини лугів, кислот і солей; морська вода);

- у атмосфері будь-якого вологого газу;

- у грунті.

Метали і сплави неоднорідні. При зіткненні їх з електролітами, ділянки з нижчим значенням потенціалу грають роль анода, а інші, з вищим значенням потенціалу – роль катода. Таким чином, на поверхні металу або сплаву виникає безліч мікрогальванічних пар, і, чим їх більше, тим більше швидкість руйнування поверхні металу або сплаву в електроліті.

При електрохімічній корозії протікають роздільно два процеси: окислення на анодних ділянках і відновлення на катодних ділянках, при цьому утворюється корозійний елемент:

nе

Ме1 / Д / Ме2,

nе

де Д – деполяризатор.

Схематичний процес електрохімічної корозії можна описати наступними електродними процесами:

Анодні ділянки: Ме – nе = Меⁿ⁺

Катодні ділянки: Д + nе = Д^n-

Катодний процес залежить від кислотності середовища (рН):

а) якщо рН< 7 (у розчинах кислот і солей, які гидролизуються по катіону), то деполяризатором є іони водню Н+, і на катодних ділянках здійснюється воднева деполяризація, що протікає по схемі:

2Н⁺+ 2е = Н₂.

б) якщо рН ≥ 7 (у нейтральних і лужних середовищах), то деполяризатором є молекули кисню, які розчинені в електроліті, і на катодних ділянках здійснюється киснева деполяризація, що протікає по схемі:

О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^-.

Можливі різні випадки виникнення корозійних гальванічних пар:

1. Контакт з електролітом двох різних металів

2. Контакт металу з його хімічною сполукою або з неметалічними включеннями (наприклад, вуглецева сталь Fe C, де залізо контактує з вуглецем);

3. Структурна неоднорідність металу (наприклад, дефекти кристалічних решіток, деформації і нерівності поверхні металу).