Задание 3
Обосновать термодинамическую возможность электрохимической коррозии в данной среде.
Хром
Хром (от греч. Chroma – цвет, краска; из-за яркой окраски соед.; лат. Chromium). Х химический элемент VI группы, ат. н. 24, ат. м. 51,9961.
Содержание хрома в земной коре 0,035% по массе. Для извлечения хрома используют хромит FeCr2O4, точнее хромшпинелиды (Mg, Fe)(Cr, Al, Fe)2O4. Некоторые другие минералы: крокоит, волконскоит, уваровит, волкенелит, феникохроит.
Хром – твердый, тугоплавкий металл. Чистый хром пластичен. Кристаллизуется в объёмноцентрированной решетке; при 1830 0С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решеткой. Плотность 7,19 г/см3. tпл = 1890 ˚C, tкип = 2480 ˚C. Удельная теплоемкость 0,461 кДж/(кг*К). Коэффициент теплопроводности 67 Вт/(м*К). Удельное электросопротивление 0,414 мкОм*м. Антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6*10-6. Твердость высокочистого хрома по Бринеллю 7 – 9 МН/м2.
В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивые +3. Химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется со фтором, образуя CrF3. Выше 600˚С взаимодействует с парами воды с образованием Cr2O3. Со многими металлами хром дает сплавы. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла окисной пленки. При 1200˚С пленка разрушается и окисление снова идет быстро. Хром сгорает в кислороде при 2000˚С. Легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислоты. Царская водка и азотная кислота пассивируют хром.
Cr2+ - очень сильный восстановитель. Ион Cr2+ образуется на первой стадии растворения хрома в кислотах или при восстановлении Cr3+ в кислом растворе цинком. Соединения Cr3+ устойчивы на воздухе. Cr2O3*H2O – амфотерное соединение. Соединения Cr6+ - сильные окислители.
Применение хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости к коррозии. Больше всего хром используют для выплавки хромистых сталей. Значительное количество хрома идет на декоративные коррозионностойкие покрытия. Хром в виде Cr3+ - примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал.
Исходные данные
Металл |
Раствор |
Концентрация, m |
Хром |
Н2SO4 |
0,05 |
Решение задачи
Стандартный потенциал хрома φ0 = -0,74 В.
Из
справочника [7] известно, средний ионный
коэффициент активности серной кислоты
при заданной концентрации равен γ
= 0,34.Примем во внимание, что серная
кислота диссоциирует практически
полностью. Тогда активность иона водорода
H+
будет равна
.
Равновесное значение потенциала ионов H+ может быть рассчитано из формулы:
.
(3.1)
Поскольку реакция идет с выделением водорода, то давление внутри пузырька газа приблизительно равно 1 атм. (если пренебречь гидростатическим и осмотическим давлением). Активность газообразного водорода при давлении в 1 атм. Равна единице.
Следовательно,
в данной системе равновесный потенциал
катионов водорода равен
В.
Найдем равновесный потенциал хрома в заданной системе.
Cr ↔ Cr3+ + 3e
(3.2)
При низких концентрациях средний ионный коэффициент активности стремится к единице. Примем концентрацию катионов хрома(3) в начальный период времени равной 10-6. Тогда активность катионов хрома будет равна его концентрации. Следовательно, равновесный потенциал будет равен:
В. (3.3)
В итоге получаем, что в начальный период времени потенциал хрома ниже потенциала водорода. Термодинамическую возможность протекания процесса определим из уравнения:
(3.4)
Из данного выражения следует, что ΔG < 0, что и является термодинамическим условием возможности самопроизвольного протекания процесса.