Коррозия

Коррозия металлов представляет собой окислительно-восстановительный процесс. Например, железо может окисляться молекулярным кислородом или кислотами, ели имеется достаточно влаги, чтобы химические реакции протекали с достаточной скоростью. Этот процесс включает

Окисление:	Fe(тв.) → Fe^2+ + 2е^–	E ^° = + 0,41 В
Восстановление:	O2 (г.) + H2O (ж.) + 2е^– → 2OH^–	E ^° = + 0,40 В
	2H^+ + 2е^–→ H2 (г.)	E ^° = 0,00 В

При ржавлении металлическое железо окисляется, переходя в состояние окисления +2, и отслаивается от металла в виде хлопьев, состоящих из FeO или других оксидов железа. Коррозия алюминия протекает еще энергичнее:

Al(тв.) → Al³⁺ + 3е^– E ^° = + 1,71 В

Если судить по шкале окислительно-восстановительных потенциалов, алюминий должен проявлять большую склонность к окислению, чем железо. Однако все знают, что алюминий довольно устойчив к коррозии, тогда как ржавление железа и стали представляет собой серьезную экономическую проблему. Как это объяснить?

Чтобы получить ответ на этот вопрос, приходится обратиться к рассмотрению кристаллического строения алюминия, железа и их оксидов. Структура элементарной ячейки, или межатомные расстояния, в кристаллах алюминия и его оксида приблизительно одинакова; поэтому оксид алюминия, образующийся на поверхности металла, крепко пристает к находящемуся под ним некорродированному алюминию. Окисленная поверхность образует защитный слой, препятствующий проникновению кислорода к металлу. «Анодированная» алюминиевая кухонная утварь имеет оксидный слой повышенной толщины, который получают, помещая алюминиевый предмет в условия, особенно благоприятные для протекания коррозии; для этого его превращают в анод, на котором проводится электрохимическая реакция.

В отличие от алюминия и его оксида параметры элементарной ячейки кристаллов железа и FeO значительно отличаются, и поэтому слой оксида железа плохо пристает к металлическому железу. Беда заключается не в том, что ржавчина образуется, а в том, что она постоянно отслаивается и открывает свежую поверхность железа воздействию коррозии. Один из способов предотвращения ржавления заключается в защите поверхности железа от влаги и кислорода путем нанесения какого-либо искусственного покрытия, например краски. Хорошая краска пристает к поверхности железа лучше, чем FeO, но и она не остается на поверхности навсегда.

Другой, более эффективный метод основан на использовании законов электрохимии. Подобно тому как на поверхность алюминия наносят оксидную пленку, сделав ее анодом электрохимического элемента, можно предотвратить окисление железа, если сделать его катодом. Один из способов добиться этого заключается в том, что поверхность железа покрывают другим металлом с большей реакционной способностью, который сам покрывается защитной оксидной пленкой. В качестве подобного металла мог бы использоваться алюминий. Если железо и алюминий находятся в контакте друг с другом, железо выполняет роль катода, а алюминий роль анода; к такому выводу приводит сопоставление их восстановительных потенциалов:

Fe²⁺ + 2е^– → Fe(тв.) E ^° = + 0,41 В

Al³⁺ + 3е^– → Al(тв.) E ^° = + 1,71 В

Алюминий должен предохранять железо от окисления, а собственная оксидная пленка алюминия должна предохранять последний от постоянной разрушительной коррозии.

4. Напишите два варианта текста (научно-популярный и академический) на тему «Повышение коррозионной стойкостей сталей» (или другую научно-техническую тему).