Коррозия в кислой среде уравнение

Видео:Электрохимическая коррозияСкачать

Определение коррозии

Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией.

Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

• Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный.
• Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы металл – компоненты окружающей среды.
• Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако, не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла.

Видео:Коррозия металла. Химия – ПростоСкачать

Виды коррозии металлов

Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:

1. Равномерная – охватывает всю поверхность равномерно
2. Неравномерная
3. Избирательная
4. Местная пятнами – корродируют отдельные участки поверхности
5. Язвенная (или питтинг)
6. Точечная
7. Межкристаллитная – распространяется вдоль границ кристалла металла
8. Растрескивающая
9. Подповерхностная

С точки зрения механизма коррозионного процесса можно выделить два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Видео:Электрохимическая коррозия в кислой средеСкачать

Химическая коррозия металлов

Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь.

Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.

Виды химической коррозии

Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.

Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).

Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.

При химической коррозии скорость разрушения металла пропорциональна скорости химической реакции и той скорости с которой окислитель проникает сквозь пленку оксида металла, покрывающую его поверхность. Оксидные пленки металлов могут проявлять или не проявлять защитные свойства, что определяется сплошностью.

Фактор Пиллинга-Бэдворса

Сплошность такой пленки оценивают величине фактора Пиллинга—Бэдвордса: (α = V_ок/V_Ме) по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла

где V_ок — объем образовавшегося оксида

V_Ме — объем металла, израсходованный на образование оксида

М_ок – молярная масса образовавшегося оксида

ρ_Ме – плотность металла

n – число атомов металла

A_Me — атомная масса металла

ρ_ок — плотность образовавшегося оксида

Оксидные пленки, у которых α 2,5 условие сплошности уже не соблюдается, вследствие чего такие пленки не защищают металл от разрушения.

Ниже представлены значения сплошности α для некоторых оксидов металлов

Видео:Электрохимическая коррозия (алюминий — медь)Скачать

Электрохимическая коррозия металлов

Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных электролитов, который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока.

При таком типе коррозии атом удаляется из кристаллической решетки результате двух сопряженных процессов:

• Анодного – металл в виде ионов переходит в раствор.
• Катодного – образовавшиеся при анодном процессе электроны, связываются деполяризатором (вещество — окислитель).

Сам процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества способствующие отводу – деполяризаторами.

Наибольшее распространение имеет коррозия металлов с водородной и кислородной деполяризацией.

Водородная деполяризация

Водородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в кислой среде:

2H + +2e — = H₂ разряд водородных ионов

Кислородная деполяризация

Кислородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в нейтральной среде:

O₂ + 4H + +4e — = H₂O восстановление растворенного кислорода

Все металлы, по их отношению к электрохимической коррозии, можно разбить на 4 группы, которые определяются величинами их стандартных электродных потенциалов:

1. Активные металлы (высокая термодинамическая нестабильность) – это все металлы, находящиеся в интервале щелочные металлы — кадмий (Е 0 = -0,4 В). Их коррозия возможна даже в нейтральных водных средах, в которых отсутствуют кислород или другие окислители.
2. Металлы средней активности (термодинамическая нестабильность) – располагаются между кадмием и водородом (Е 0 = 0,0 В). В нейтральных средах, в отсутствии кислорода, не корродируют, но подвергаются коррозии в кислых средах.
3. Малоактивные металлы (промежуточная термодинамическая стабильность) – находятся между водородом и родием (Е 0 = +0,8 В). Они устойчивы к коррозии в нейтральных и кислых средах, в которых отсутствует кислород или другие окислители.
4. Благородные металлы (высокая термодинамическая стабильность) – золото, платина, иридий, палладий. Могут подвергаться коррозии лишь в кислых средах при наличии в них сильных окислителей.

Виды электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия может протекать в различных средах. В зависимости от характера среды выделяют следующие виды электрохимической коррозии:

• Коррозия в растворах электролитов — в растворах кислот, оснований, солей, в природной воде.
• Атмосферная коррозия – в атмосферных условиях и в среде любого влажного газа. Это самый распространенный вид коррозии.

Например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:

А: Fe – 2e — = Fe 2+

K: O₂ + 4H + + 4e — = 2H₂O

Катодом является та поверхность, где больше приток кислорода.

• Почвенная коррозия – в зависимости от состава почв, а также ее аэрации, коррозия может протекать более или менее интенсивно. Кислые почвы наиболее агрессивны, а песчаные – наименее.
• Аэрационная коррозия — возникает при неравномерном доступе воздуха к различным частям материала.
• Морская коррозия – протекает в морской воде, в связи с наличием в ней растворенных солей, газов и органических веществ.
• Биокоррозия – возникает в результате жизнедеятельности бактерий и других организмов, вырабатывающих такие газы как CO₂, H₂S и др., способствующие коррозии металла.
• Электрокоррозия – происходит под действием блуждающих токов на подземных сооружениях, в результате работ электрических железных дорог, трамвайных линий и других агрегатов.

Видео:Составление ур-й окислительно-восст. реакций методом ионно-электронного баланса. 1ч. 10 класс.Скачать

Методы защиты от коррозии металла

Основной способ защиты от коррозии металла – это создание защитных покрытий – металлических, неметаллических или химических.

Металлические покрытия

Металлическое покрытие наносится на металл, который нужно защитить от коррозии, слоем другого металла, устойчивого к коррозии в тех же условиях. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более отрицательным потенциалом (более активный) , чем защищаемый, то оно называется анодным покрытием. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более положительным потенциалом (менее активный), чем защищаемый, то оно называется катодным покрытием.

Например, при нанесении слоя цинка на железо, при нарушении целостности покрытия, цинк выступает в качестве анода и будет разрушаться, а железо защищено до тех пор, пока не израсходуется весь цинк. Цинковое покрытие является в данном случае анодным.

Катодным покрытием для защиты железа, может, например, быть медь или никель. При нарушении целостности такого покрытия, разрушается защищаемый металл.

Неметаллические покрытия

Такие покрытия могут быть неорганические (цементный раствор, стекловидная масса) и органические (высокомолекулярные соединения, лаки, краски, битум).

Химические покрытия

В этом случае защищаемый металл подвергают химической обработке с целью образования на поверхности пленки его соединения, устойчивой к коррозии. Сюда относятся:

оксидирование – получение устойчивых оксидных пленок (Al₂O₃, ZnO и др.);

азотирование – поверхность металла (стали) насыщают азотом;

воронение стали – поверхность металла взаимодействует с органическими веществами;

цементация – получение на поверхности металла его соединения с углеродом.

Изменение состава технического металла и коррозионной среды

Изменение состава технического металла также способствует повышению стойкости металла к коррозии. В этом случае в металл вводят такие соединения, которые увеличивают его коррозионную стойкость.

Изменение состава коррозионной среды (введение ингибиторов коррозии или удаление примесей из окружающей среды) тоже является средством защиты металла от коррозии.

Электрохимическая защита

Электрохимическая защита основывается на присоединении защищаемого сооружения катоду внешнего источника постоянного тока, в результате чего оно становится катодом. Анодом служит металлический лом, который разрушаясь, защищает сооружение от коррозии.

Протекторная защита – один из видов электрохимической защиты – заключается в следующем.

К защищаемому сооружению присоединяют пластины более активного металла, который называется протектором. Протектор – металл с более отрицательным потенциалом – является анодом, а защищаемое сооружение – катодом. Соединение протектора и защищаемого сооружения проводником тока, приводит к разрушению протектора.

Примеры задач с решениями на определение защитных свойств оксидных пленок, определение коррозионной стойкости металлов, а также уравнения реакций, протекающих при электрохимической коррозии металлов приведены в разделе Задачи к разделу Коррозия металлов

Видео:Коррозия металловСкачать

Коррозия в кислой среде уравнение

8.2 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Причиной электрохимической коррозии * является возникновение на поверхности металла короткозамкнутых гальванических элементов *.

В тонком слое влаги, обычно покрывающем металл, растворяются кислород, углекислый, сернистый и другие газы, присутствующие в атмосферном воздухе. Это создает условия соприкосновения металла с электролитом *. Различные участки поверхности любого металла обладают разными потенциалами. Причинами этого могут быть наличие примесей в металле, различная обработка отдельных его участков, неодинаковые условия (окружающая среда), в которых находятся различные участки поверхности металла. При этом участки поверхности металла с более электроотрицательным потенциалом становятся анодами и растворяются.

Электрохимическая коррозия может развиваться в результате контакта различных металлов. В этом случае будет возникать не микр о- , а макрогальванопара , и коррозия называется контактной (см. детальную классификацию видов коррозии). Сочетания металлов, сильно отличающихся значениями электродных потенциалов *, в технике недопустимы (например, алюминий – медь). В случае коррозии, возникающей при контакте какого-либо металла со сплавом, последний имеет потенциал, соответствующий наиболее активному металлу, входящему в состав сплава. Например, при контакте латуни (сплав цинка и меди) с железом корродировать будет латунь за счет наличия в ней цинка.

Представим схематично работу короткозамкнутого гальванического элемента, возникающего на поверхности металла, подверженного коррозии в электролите * (рисунок 8.1). Анодный участок имеет более электроотрицательный потенциал, поэтому на нем идет процесс окисления металла. Образовавшиеся в процессе окислен ия ио ны переходят в электролит, а часть освободившихся при этом электронов может перемещаться к катодному участку (на рисунке 8.1 показано стрелками). Процесс коррозии будет продолжаться в том случае, если электроны, перешедшие на катодный участок, будут с него удаляться. Иначе произойдет поляризация электродов *, и работа коррозионного гальванического элемента прекратится.

Рисунок 8.1 – Схема электрохимической коррозии. Д – деполяризатор

Процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией. Вещества, при участии которых осуществляется деполяризация, называются деполяризаторами. На практике чаще всего приходится встречаться с двумя типами деполяризации: водородной и кислородной. Тип деполяризации (катодный процесс) зависит от реакции среды раствора электролита.

В кислой среде электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией. Рассмотрим коррозию железной пластинки с примесями меди во влажной хлористоводородной атмосфере Имеется в виду атмосфера с примесью газообразного HCl. . В этом случае железо будет анодом ( E ° = –0,44В), а медь – катодом ( E ° =+0,34В). На анодном участке будет происходить процесс окисления железа, а на катодном – процесс деполяризац ии ио нами водорода, которые присутствуют в электролите:

А: Fe – 2e → Fe 2+ – окисление

К: 2 H + + 2e → H₂ ↑ – восстановление

Схема возникающего короткозамкнутого гальванического элемента выглядит следующим образом:

A (–) Fe | HCl | Cu (+) К

В нейтральной среде коррозия протекает с кислородной деполяризацией, т.е. роль деполяризатора выполняет кислород, растворенный в воде. Этот вид коррозии наиболее широко распространен в природе: он наблюдается при коррозии металлов в воде, почве и в незагрязненной промышленными газами атмосфере. Если коррозии во влажном воздухе подвергается железо с примесями меди, то электродные процессы можно записать в виде:

(А) Fe – 2e → Fe 2+ – окисление

(К) 2 H₂O + O₂ + 4e → 4 OH – – восстановление

У поверхности металла в электролите протекают следующие реакции:

Fe 2+ + 2 OH – → Fe( OH)₂

Основная масса черных металлов разрушается вследствие процесса ржавления, в основе которого лежат вышеуказанные реакции.

Коррозия металла в результате неравномерного доступа кислорода . Случаи электрохимической коррозии, возникающей вследствие неравномерной аэрации кислородом различных участков металла, очень часто встречаются в промышленности и в подземных сооружениях. Примером может служить коррозия стальной сваи, закопанной в речное дно (рис 8.2).

Рисунок 8.2 – Коррозия в результате неравномерного доступа кислорода. Б – техническое сооружение; А – анодный участок; К – катодный участок.

Часть конструкции, находящаяся в воде, омывается растворенным в ней кислородом и, в случае возникновения условий для электрохимической коррозии, будет выполнять роль катода. Другая же часть конструкции, находящаяся в почве, будет анодом и подвергнется разрушению.

Видео:§13, 9 кл. Коррозия металловСкачать

Коррозия металлов

Коррозия – самопроизвольный процесс разрушения металла в результате окислительно-восстановительной реакции с агрессивными компонентами окружающей среды. В этой реакции восстановителем является металл, в ходе реакции он окисляется. Этот процесс отражает следующая полуреакция:

Окислителем являются компоненты среды, например, кислород, оксиды серы и азоты, ионы водорода и т. п. Эти компоненты в ходе реакции восстанавливаются. Например, ионы водорода восстанавливаются по реакции

в присутствии кислорода в кислой среде проходит следующая реакция:

4Н+ + О20 + 4ē → 2Н2О,

а в нейтральной среде образуются гидроксид-ионы:

2Н2О + О20 + 4ē → 4ОН-.

Коррозия – самопроизвольный процесс, поэтому в ходе этой реакции энергия Гиббса уменьшается (). Химическая энергия реакции разрушения металла выделяется в виде тепла и рассеивается в окружающем пространстве. Она не может быть превращена в полезную работу.

Скорость коррозии может быть выражена через убыль массы металла:

,

где w – скорость коррозии;

∆m – убыль массы металла в результате его окисления (г);

τ – время, в течение которого металл разрушался (месяц, год);

S – площадь поверхности металла (м2, см2),

или через толщину слоя разрушенного металла:

,

где w – скорость коррозии;

δ – толщина слоя разрушенного металла (мм);

τ – время, в течение которого металл разрушался (месяц, год).

По характеру разрушения поверхности металла различают:

1) общую (или равномерную) коррозию – металл разрушается равномерно по всей поверхности на незначительную глубину. Такой вид коррозии заметен сразу, он менее опасен, так как не приводит к значительному снижению прочности металлического изделия;

2) местную – точечную, пятнами, язвенную, избирательную (когда разрушается один из компонентов сплава), межкристаллическую (разрушение идет по границам зерен металла на всю толщину металлического изделия) и транскристаллическую (происходит коррозионное растрескивание зерен металла). Самыми опасными видами коррозии считаются межкристаллическая и транскристаллическая, так как они часто не видны на поверхности, но значительно снижают прочность металлического изделия.

По механизму коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозии.

Химическая коррозия происходит в среде, не проводящий электрический ток. Это может быть сухой газ (кислород, оксиды серы и азота, хлор и т. п.), органические жидкости (нефть, нефтепродукты, растворители). При химической коррозии происходит гетерогенная реакция металла с компонентом окружающей среды на одном участке металла.

В зависимости от природы компонентов окружающей среды различают:

1) газовую коррозию – происходит в среде сухого газа без возможности конденсации паров, обычно при высоких температурах. Примером газовой коррозии может быть разрушение выхлопной трубы автомобиля под действием отработавших газов, разрушение труб, через которые происходит выброс газов на предприятии.

К газовой коррозии при невысоких температурах относится образование оксидных пленок. В основе механизма этого вида коррозии лежит хемосорбция атмосферного кислорода. (Хемосорбция – самопроизвольный процесс концентрирования молекул газа на поверхности с последующим взаимодействием между компонентами). В результате на поверхности металла образуется тонкая пленка оксида. Если кристаллическая решетка оксида металла совпадает с кристаллической решеткой самого металла, то пленка будет плотная и непроницаемая для газов. Такая пленка хорошо защищает металл от дальнейшего разрушения. Примером может служить образование плотных пленок на поверхности никеля, хрома, меди, алюминия, цинка и т. п.

Если кристаллическая решетка образующегося оксида металла не совпадает с кристаллической решеткой самого металла, то оксидная пленка будет рыхлая, легко проницаемая для газов. Такая оксидная пленка не может защитить металл от дальнейшего разрушения. Именно такая рыхлая пленка образуется на поверхности железа.

Получить плотную оксидную пленку на поверхности металла можно специальными методами. Такой процесс называется пассивацией металла. С другой стороны, есть такие вещества, которые препятствуют образованию плотной оксидной пленки, например, ионы хлора. Такие вещества называются активаторами коррозии. Причиной высокой скорости коррозии автомобилей в зимний период является присутствие ионов хлора в составе антигололедных смесей, которыми обрабатывают дороги.

2) Второй вид химической коррозии – жидкостная. В этом случае разрушение металла происходит в жидкостях – неэлектролитах: сернистых нефтях, бензинах, органических растворителях. Если двигатель автомобиля не защитить от коррозии, он будет разрушаться от контакта с бензином. В процессе транспортировки сырой нефти от месторождения до нефтеперерабатывающего завода по трубопроводам происходит коррозия металлических труб, которая может привести к серьезным авариям, разливам нефти, к человеческим жертвам.

3. Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – разрушение металла в среде, проводящей электрический ток. Различают два вида электрохимической коррозии: гальванокорррозия и электрокоррозия.

I) Гальванокоррозия – окисление металла, выполняющего роль анода, в самопроизвольно возникающей гальванической цепи. В отличие от химической коррозии, электрохимическая коррозия всегда происходит на двух участках металла, один из которых выполняет функцию анода (этот участок окисляется, разрушается), а другой – катода (на этом участке происходит восстановление компонентов среды). Коррозионный гальванический элемент имеет некоторые отличия от обычного гальванического элемента, который служит источником тока. Во-первых, в коррозионном гальваническом элементе отсутствует внешняя цепь, окислительно-восстановительные процессы идут внутри металла, энергия окислительно-восстановительной реакции не может быть превращена в полезную работу, и рассеивается в виде тепла в окружающей среде. Во-вторых, на катоде восстанавливаются не ионы металла (их обычно в окружающей среде нет), а компоненты среды.

Условия возникновения коррозионного гальванического элемента

1. Контакт двух разных металлов, отличающихся по своей активности (например, железные детали соединены медной заклепкой). Этот вид коррозии называется макрогальванокоррозия, разрушаться будет тот металл, который имеет меньший электродный потенциал.

2. Наличие в металле электроположительных примесей (микрогальванокоррозия). Например, чугун подвергается коррозии, так как в его состав входит графит и карбид железа.

3. Разная температура на соседних участках металла. Так как, согласно уравнению Нернста, электродный потенциал зависит от температуры металла и окружающей среды, менее нагретый участок будет иметь меньший электродный потенциал, то есть станет анодом и будет окисляться.

4. Различная концентрация раствора электролита, контактирующая с разными участками металла. В этом случае возникает концентрационный коррозионный гальванический элемент, участок металла, контактирующий с более разбавленным раствором электролита, станет анодом и будет разрушаться.

5. Неравномерная адсорбция кислорода на поверхности различных участков металла (аэрационная коррозия). Примером такой коррозии служит разрушение участков парового котла в местах подачи свежей, обогащенной кислородом, воды.

Во всех случаях металл, имеющий меньший электродный потенциал, становится анодом и окисляется, а на участке с большим электродным потенциалом, который становится катодом, происходит восстановление компонентов среды.

Рассмотрим примеры гальванокоррозии в зависимости от среды.

1) Коррозия оцинкованного железа в кислой среде без кислорода.

Стандартный электродный потенциал цинка равен -0,76 В, железа – -0,44 В. Следовательно, цинк будет анодом, а железо – катодом. Запишем схему коррозионного гальванического элемента:

A: Zn0 ǀ H+Cl — ǀ Fe0 :K

На аноде происходит окисление:

на катоде происходит восстановление ионов водорода:

Суммарная реакция имеет вид:

Zn0 + 2HCl → ZnCl2 + Н20↑.

Продуктом коррозии в данном случае будет хлорид цинка, а с поверхности участка, являющимся катодом, будет выделяться водород.

2) Коррозия чугуна во влажном воздухе.

Чугун содержит примеси графита, электродный потенциал окисления графита больше электродного потенциала окисления железа, поэтому железо станет анодом и будет окисляться, а графит будет выполнять функцию катода, на нем будут восстанавливаться компоненты среды. Схема коррозионного гальванического элемента будет иметь вид:

A: Fe ǀ H2O; O2 ǀ C: K

На аноде происходит окисление:

на катоде происходит восстановление молекул кислорода:

К: 2Н2О + О2 + 4ē → 4ОН-.

Суммарная реакция имеет вид:

2Fe0 + 2Н2О + О2 → 2Fe(ОН)2.

Гидроксид железа (II), называемый белой ржавчиной, легко окисляется кислородом воздуха до гидроксида железа (III):

4Fe(ОН)2 + 2Н2О + О2 → 4Fe(ОН)3.

Гидроксид железа (III) со времением теряет часть химически связанной воды по реакции Fe(ОН)3 → FeО(ОН) + Н2О. Образующийся полугидроксид железа (III) и есть всем знакомая ржавчина.

II) Второй вид электрохимической коррозии – электрокоррозия – окисление металла под действием внешнего источника постоянного электрического тока. Процесс электрокоррозии имеет некоторое сходство с процессом электролиза с активным анодом. Под действием тока (это могут быть блуждающие токи от линий электропередач, от рельсов электротранспорта при их недостаточной электроизоляции) на участке, принимающем электрический ток, образуется катод, происходит восстановление компонентов среды, а соседний участок, приобретающий положительный заряд, становится анодом, на нем начинается окисление металла. Примером электрокоррозии может быть разрушение трубопровода, расположенного под землей, сверху которого проложены рельсы электротранспорта. Установлено, что блуждающий ток силой 1 А способен разрушить 9 кг железа за год.

На практике коррозия происходит не по одному, а по нескольким механизмам, то есть имеет комплексный характер.

В зависимости от среды различают следующие виды электрохимической коррозии:

а) атмосферная коррозия происходит при конденсации на поверхности металла паров воды с растворенными в ней кислородом, углекислым газом, оксидами серы и азота и т. п.;

б) аэрационная коррозия – разрушение металла, вызванное неодинаковым доступом воздуха к различным его участкам;

в) почвенная коррозия – разрушение металла во влажной почве, особенно заметна в кислых почвах (болотистых, торфяниках);

г) биокоррозия – разрушение металла продуктами жизнедеятельности микроорганизмов (углекислым газом, сернистым газом, сероводородом).

д) морская коррозия – разрушение металла в морской воде, богатой различными солями, в том числе хлоридами, которые являются активаторами коррозии.

4. Влияние различных факторов на скорость коррозии

На скорость коррозии влияют многие факторы. В первую очередь, это природа самого металла, природа примесей в металле, природа продуктов коррозии. Во-вторых, так как коррозия – это химическая реакция, то скорость её возрастает с увеличением температуры. На скорость коррозии влияет возможность образования коррозионного гальванического элемента. При его образовании скорость разрушения металла увеличивается. Влияет на скорость коррозии количество кислорода, растворенного в электролите, концентрация самого электролита. Большое влияние на скорость коррозии оказывает концентрация ионов водорода.

Большинство металлов устойчивы к коррозии в щелочной среде, скорость коррозии в нейтральной среде также незначительна. Скорость коррозии в кислой среде возрастает, так как оксидная пленка на поверхности металла легко растворяется в кислоте. На рис.1 показана зависимость скорости коррозии от рН среды для таких металлов как железо, магний, никель, кадмий (рН = — lg[H+]).

Рис.1. Зависимость скорости коррозии железа, магния, никеля, кадмия от рН среды

Если металл образует оксид с амфотерными свойствами (к таким металлам относятся алюминий, цинк, свинец, олово), то защитная оксидная пленка будет растворяться и в кислой, и в щелочной среде:

Al2O3 + 2OH- +3H2O → 2[Al(OH)4]-.

Для таких металлов скорость коррозии возрастает и в кислой, и в щелочной среде (рис.2).

Рис.2. Зависимость скорости коррозия алюминия, цинка, свинца, олова от рН среды

Благородные металлы, имеющие положительный электродный потенциал, коррозии практически не подвергаются в любой среде. К таким металлам относятся золото, платина и т. п.

5. Защита металлов от коррозии

Известно много способов защиты металлов от коррозии.

1. Легирование металлов – это введение в сплав компонентов, препятствующих коррозионным процессам. Например, для предотвращения разрушения стали в нее добавляют алюминий, хром, никель, титан, вольфрам, кремний. В результате на поверхности металла образуются прочные плотные оксидные пленки, которые препятствуют коррозии. Кроме повышения коррозионной стойкости, такие стали обладают повышенной жаростойкостью (стойкость к газовой коррозии при высоких температурах) и жаропрочностью (способностью материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры). Так, сплав железа с добавлением 30 % хрома, 5% алюминия и 0,5% кремния выдерживает нагревание до 1300 оС, а сплав никеля с добавкой 20 % хрома – до 1150 оС. Этот метод защиты металлов от коррозии эффективный, но дорогой.

2. Защитные покрытия – самый распространенный метод защиты металлов от коррозии. Покрытия бывают органическими и неорганическими. К органическим покрытиям относятся лаки, краски, полимерные покрытия, гуммирование (покрытие слоем резины), битумные покрытия.

Неорганические покрытия подразделяются на металлические и неметаллические. Металлические покрытия – это тонкий слой металла, нанесенный на поверхность защищаемого металлического изделия. Металлические покрытия наносят различными способами: термодиффузией (расплавленный металл покрытия проникает в поверхностный слой защищаемого металла), металлизацией (металл покрытия распыляют на поверхность защищаемого изделия с помощью сжатого воздуха), гальванизацией (защищаемая деталь закрепляется в качестве катода и на ее поверхности происходит электроосаждение металла покрытия) и др. Если металл покрытия имеет меньший электродный потенциал, чем защищаемый металл, покрытие называют анодным. Примером анодных покрытий на железе служат цинковое, алюминиевое, хромовое покрытия. Если электродный потенциал покрытия больше потенциала защищаемого металла, покрытие называется катодным. К катодным покрытиям железа относятся оловянное, никелевое, медное и т. п. покрытия. В случае нарушения целостности покрытия, анодное покрытие будет лучше защищать металл от разрушения, так как именно металл покрытия начнет разрушаться в первую очередь.

К неметаллическим покрытиям относятся различные эмали. Это стеклообразные покрытия из оксидов, которые наносят при высокой температуре. При остывании такое покрытие образует красивый защитный слой, но его недостатком является высокая хрупкость. При ударах эмали дают трещины, раскалываются.

Еще один вид неметаллических покрытий – химические покрытия, которые образуются на поверхности металла в результате его обработки сильным окислителем, например, концентрированной азотной кислотой. К методам нанесения химических покрытий относятся воронение, азотирование, фосфатирование.

3. Электрохимическая защита – это торможение анодных и катодных процессов. Катодная защита осуществляется подключением защищаемого металла к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока. В результате деталь становится катодом, на ее поверхности происходит восстановление элементов среды, но металл не разрушается. В качестве анода используют вспомогательный кусок металла (рельс, металлический прут, лом), который подсоединяют к положительному полюсу источника тока. Пока этот искусственный анод не разрушится, металл будет защищен.

Анодная, или протекторная защита – это присоединение к защищаемому металлу куска более активного металла (с меньшим значением электродного потенциала). Этот металл называется протектором. Например, чтобы защитить железный корпус судна, к нему прикрепляют листы цинка. В среде электролита (например, в морской воде) протектор начинает разрушаться, а защищаемое изделие выполняет функцию катода, то есть не разрушается.

4. Изменение свойств коррозионной среды – способ уменьшить коррозию за счет снижения концентрации агрессивного компонента среды. Например, для удаления из воды растворенного кислорода воду кипятят, или вытесняют кислород инертным газом (азотом, аргоном). Для уменьшения концентрации ионов водорода проводят нейтрализацию кислоты щелочью. Еще один способ снижения концентрации агрессивных компонентов – добавление восстановителей, которые будут реагировать с окислителями и превращать их в безвредные с точки зрения коррозии вещества. Часто для уменьшения скорости коррозии добавляют специальные вещества – ингибиторы.

Эффективной защитой от блуждающих токов, от почвенной коррозии является дренаж, осушение почв, надежная изоляция рельсов электротранспорта, трубопроводов.

5. Рациональное конструирование – это предупреждение коррозии на стадии проектирования. Например, исключение возможности контакта двух разных металлов в среде электролита, чтобы предотвратить образование коррозионного гальванического элемента, исключение возможности контакта металла с агрессивной средой и т. п.

🎥 Видео

Опыт 1. Электрохимическая коррозия в кислой средеСкачать

ОВР и Метод Электронного Баланса — Быстрая Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Окислительно-восстановительные реакции в кислой среде. Продвинутый подход.Скачать

Гидролиз солей. 9 класс.Скачать

Гальванические элементы. 1 часть. 10 класс.Скачать

Коррозия металлов и меры по ее предупреждению. 8 класс.Скачать

Химическая коррозияСкачать

Электролиз. 10 класс.Скачать

Коррозия металлов и способы защиты от нееСкачать

Часть 3-2. Электролиз водных растворов. Примеры решений уравнений (подробно).Скачать

Опыт: электрохимическая коррозияСкачать

Ингибиторы коррозииСкачать

Межкристаллитная коррозияСкачать