Тема 13. Электрохимическая коррозия металлов

Коррозия – разрушение металла под действием агрессивной среды электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Механизм: на поверхности металла возникают микрогальванические пары, которые отличаются от обычного гальванического элемента тем, что они короткозамкнуты, т.е. (А) и (К) рядом. Роль проводника I рода играет сам корродируемый металл и возникает направленное движение электронов – электрический ток.

( 1) (А) зона: окисление (K) зона: восстановление

Oxe Red

Ме⁰ - nē ↔ Ме²⁺ окисленная + nē ↔ восстановленная

форма форма

Поляризация-освобождение и сме- Деполяризация – уничтожение,

щение электронов в ходе анодного про- связывание электронов в ходе катод-

цесса ного процесса окислителем.

Деполяризаторы – вещества, связывающие электроны

Самые распространённые: 1. катионы водорода (водородная деполяризация)

2. молекулы кислорода, растворённые в электролите

(кислородная деполяризация)

Х имизм деполяризации.

Кислая среда (рН<7) Щелочная среда (рН>7)

Водородная деполяризация Нейтральная (рН=7)

1 ) 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑ 1) 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑

2 Н₂О + 2ē ↔ Н₂↑ + 2 ОН‾

К ислородная деполяризация

2) О₂ +4ē + 4Н⁺ ↔ 2Н₂О О₂ +4ē + 2Н₂О ↔ 4ОН‾

Выводы:

1. На катоде имеет место конкуренция за преимущественное связывание электронов между катионами водорода и молекулами О₂, растворенными в электролите.

2. Пойдет тот процесс, потенциал которого больше (φ⁰_max>).

3. Электрохимическая коррозия возможна, если потенциал любой катодной реакции больше, чем потенциал анодного процесса.

4. Катодные процессы водородной и кислородной деполяризации рассчитываются с доступом кислорода воздуха по формулам:

φ^рн_2/2Н+ = 0,186 – 0,059 · рН - η^Н2

^Ме(К)

φ^рo₂/2oн^- = 1,21 – 0,059 · рН - η^О2

^Ме(К)

Алгоритм

1. Выпишите потенциалы указанных металлов (φ^р) при заданной среде (из табл. 3).

2. Определите анод и катод в паре, помня, что φ_(К)> φ_(А).

3. Запишите процессы, протекающие на катодных и анодных участках, зная химизм в средах.

4. Выпишите перенапряжение водорода и кислорода на разных электродах из табл.4. (η^Н2 ; η^О2 )

^{Ме(К) Ме(К)}

5. Рассчитайте потенциалы катодных процессов.

φ^рн_2/2Н+ = 0,186 – 0,059 · рН - η^Н2

^Ме(К)

φ^рo₂/2oн^- = 1,21 – 0,059 · рН - η^О2

^Ме(К)

6. Определите: а) возможность коррозии, помня правило: «Коррозия возможна, если потенциал любой катодной реакции больше, чем потенциал анодного процесса;

б) рассчитайте ЭДС₁ и ЭДС₂.

7. Сделайте вывод по результатам расчёта.

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

«ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ»

Возможна ли коррозия оцинкованного железа при рН = 2, с доступом кислорода воздуха.

Дано: Fe/Zn, рН = 2, с кислородом воздуха.

1. Выписываем φ^р анодного и катодного процесса (из табл. 3) при рН=2

φ^рFe⁰/Fe²⁺ = - 0,32В

φ^рZn⁰/Zn²⁺ = -0,84В

2. Т.к. φ^рZn⁰/Zn²⁺ < φ^рFe⁰/Fe²⁺, => Zn – (A), Fe – (K).

3. Химизм: (А) окисление: Zn⁰ - 2ē ↔ Zn²⁺

( К) восстановление: 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑ (водородная деполяризация)

О₂ +4ē + 4Н⁺ ↔ 2Н₂О (кислородная деполяризация)

4. η^Н2 = 0,34 (табл. 4)

^Fe(К)

η^О2 = 1,07

^Fe(К)

5. Рассчитываем потенциалы катодных процессов по формуле.

φ^р 2Н⁺/Н₂ = 0,186 - 0,059·рН - η^Н2 = 0,186 – 0,059·2 – 0,34 = - 0,272В

^Fe(К)

φ^рО_{2/2 НОН} = 1,21 – 0,059·рН - η^О2 = 1,21 – 0,059·2 – 1,07 = + 0,022В

^Fe(К)

6. Определяем возможность коррозии:

а) (А) – 0,84В < (К) – 0,272В => коррозия есть, идёт водородная деполяризация.

(А) – 0,84В < (К) + 0,022В => коррозия есть, идёт кислородная деполяризация.

б) ЭДС₁ = - 0,272 – (-0,84) = + 0,568В

ЭДС₂ = 0,022 – (- 0,84) = + 0,862В >

7. Вывод: коррозия возможна, Zn будет окисляться и катионами водорода, и молекулами кислорода, растворёнными в электролите, но т.к. ЭДС₂ > ЭДС₁, идёт предпочтительнее кислородная деполяризация.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Стандартные электродные потенциалы металлов

Металл	Электродный процесс	φ0298, В
Li	Li ↔ Li+ + ē	-3,045
Rb	Rb ↔ Rb + + ē	-2,925
К	K ↔ K + + ē	-2,924
Cs	Cs ↔ Cs + + ē	-2,923
Ra	Ra ↔Ra2++2 ē	-2,92
Ва	Ba ↔ Ba2+ + 2 ē	-2,905
Sr	Sr ↔ Sr2+ + 2 ē	-2,888
Са	Ca ↔ Ca2++2 ē	-2,886
Na	Na ↔ Na + + ē	-2,714
La	La ↔ La3++3 ē	-2,522
Се	Се ↔ Се3+ + З ē	-2,48
Mg	Mg ↔ Mg2+ + 2 ē	-2,363
Sc	Sс ↔ Sc3+ + 3 ē	-2,077
Ru	Ru ↔ Ru3++3 ē	-2,031
Th	Th ↔ Th4+ + 4 ē	-1,899
Be	Be ↔ Be2+ + 2 ē	-1,850
Hf	Hf ↔ Hf4+ + 4 ē	-1,700
Al	Al ↔ Al3+ + 3 ē	-1,66
Ti	Ti ↔ Ti2+ + 2 ē	-1,63
Zr	Zr ↔ Zr2+ + 4 ē	-1,539
Mn	Mn ↔ Mn2++2 ē	-1,179
V	V ↔ V2++2 ē	-1,175
Nb	Nb ↔ Nb3++3 ē	-1,1
Cr	Cr ↔ Cr2++2 ē	-0,913
Zn	Zn ↔ Zn2+ + 2 ē	-0,763
Cr	Cr ↔ Cr3++3 ē	-0,744
Ga	Ga ↔ Ga3+ + 3 ē	-0,53