1.10.1 Законы электролиза (м. Фарадей)

1. Весовое количество выделяемого при электролизе вещества пропорционально количеству протекшего через раствор электричества и практически не зависит от других факторов.

2. Равные количества электричества выделяют при электролизе из различных химических соединений эквивалентные количества веществ.

3. Для выделения из раствора электролита одного грамм-эквивалента любого вещества нужно пропустить через раствор 96500 кулонов электричества.

 

m_(x) = ((I • t) / F) • (M_(x) / n) , (1.10)

 

где  m_(x) - количество восстановленного или окисленного вещества, г;

I - сила пропускаемого тока , а;

t - время электролиза, с;

M_(x) - молярная масса, г/моль;

n - число приобретенных или отданных в окислительно-восстановительных реакциях электронов;

F = 96500 кул/моль - постоянная Фарадея.

 

Исходя из этой формулы, можно производить ряд расчетов, связанных с процессом электролиза, например:

1) вычислять количества веществ, выделяемых или разлагаемых определенным количеством электричества;

2) находить силу тока по количеству выделившегося вещества и времени, затраченному на его выделение;

3) устанавливать, сколько времени потребуется для выделения определенного количества вещества при заданной силе тока.

1.11 Коррозия металлов

Коррозия металлов - это разрушение их в результате химического, физико-химического и механического взаимодействия с внешней средой. Металл при этом переходит в окисленное состояние и теряет свою прочность и другие качества. Примерно около 15 % ежегодной добычи металла расходуется на возмещение потерь из-за коррозии металлических деталей и конструкций. Вред, приносимый коррозией, обусловлен не только потерей большого количества металла, но и порчей и выходом из строя самих металлических изделий, т.к. вследствие коррозии они теряют прочность, герметичность, пластичность, электро- и теплопроводимость и другие требуемые качества, причем коррозионная стойкость различных металлов неодинакова. Ущерб, причиняемый коррозией, определяется также громадными затратами на всевозможные защитные мероприятия, ухудшением состояния оборудования и качества продукции, возрастанием возможностей аварий и т.д. Все вышеуказанное объясняет необходимость детального и глубокого изучения коррозионных процессов и актуальность работ, связанных с повышением коррозионной стойкости металлов.

Коррозия является окислительно-восстановительным процессом. При этом происходит переход катионов металла в окружающую среду:

M – ne = M ⁿ⁺

и связывание освобождающихся электронов частицами окислителя, которые имеются в окружающей среде.

Если процессы окисления металла и восстановления окислителя происходят одновременно и не разделены в пространстве, то говорят о химической коррозии металла. Такая коррозия происходит чаще всего в сухих газах, например, при разрушении стальных труб при производстве хлора:

2Fe + 3Cl = 2FeCl.

Если процессы окисления металла и восстановления окислителя происходят не одновременно и разделены в пространстве цепью переноса освободившихся электронов, то говорят об электрохимической коррозии. Такая коррозия имеет место в растворах электролитов и влажном воздухе. Чаще всего в этих случаях окислителем являются катионы водорода Н⁺ , всегда присутствующие в водном растворе 2Н⁺ + 2е = Н₂ , или молекулы кислорода в присутствии молекул воды по уравнению: О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^- .

Говорят, что в первом случае происходит коррозия с водородной деполяризацией, во втором – с кислородной деполяризацией. Слово «деполяризация» следует понимать так: окислитель, который отводит электроны от разрушающегося металла и снимает появившуюся поляризацию (избыточные заряды) с этого металла.

Фактором, который изменяет, иногда катастрофически, скорость электрохимической коррозии, является контакт двух металлов различной активности. В этом случае более активный металл начинает разрушаться быстрее, а менее активный металл оказывается защищённым от коррозии (на нем происходит восстановление частиц окислителя-деполяризатора).

В качестве мер защиты от коррозии или снижения её скорости применяют следующие:

1) изолирующие (защитные) покрытия: лаки, краски, плёнки, смазки и т.п. - эти покрытия уменьшают скорость коррозии как в результате затруднения выхода металла в окружающую среду, так и в результате затруднения доступа окислителя к поверхности металла;

2) создание препятствий выходу катионов металла (электрохимическая защита) - это достигают либо подключением защищаемого металла к отрицательному полюсу источника тока (катод, катодная защита), либо соединяя защищаемое металлическое изделие с более активным металлом («жертвенный анод»)*;

3) использование специальных (легированных) сплавов, состав которых подбирают таким образом, чтобы скорость коррозии в данной коррозионно-активной среде была наименьшей;

4) использование ингибиторов коррозии, которые уменьшают скорость разрушения металла; ингибиторы коррозии могут как добавлять в агрессивную среду, например, при перевозке кислот по железной дороге или транспортировке газа по газопроводам, так и вводить в состав защитного покрытия (ингибированные смазки и др.);

5) снижение агрессивности среды путем ее обработки; например, использование деаэрации воды (удаление растворенного в воде кислорода) является обязательным приемом снижения коррозионных потерь на всех промышленных предприятиях.

6) рациональное конструирование и эксплуатацию металлических сооружений и деталей, которые предполагают исключение неблагоприятных металлических контактов или применение изоляции, устранение щелей и зазоров в конструкции, устранение зон застоя влаги, ударного действия струй, резких изменений скоростей потоков в конструкциях и т.д.

Наибольший эффект в борьбе с коррозией достигается при использовании наиболее действенных или нескольких методов защиты.