Лабораторна робота № 2 вплив температури на швидкість окислення металів на повітрі

Ціль роботи - визначити температурну залежність швидкості окислення даного металу на повітрі.

2.1 Теоретична частина

Температура значно впливає на швидкість газової корозії металів. З підвищенням температури процеси газової корозії металів протікають швидше, незважаючи на зменшення їхньої термодинамічної можливості, що для найбільш розповсюдженого процесу газової корозії металів - реакції окислення металлу(II) оксигеном:

Me + 1/2 O₂ = Me O , (р, T = const) , (1)

може бути визначено по зміні ізобарно-ізотермічного потенціалу ΔG_T

ΔG_T = - RT ln( р (O₂) / р (O₂) ^*׳ ) , (2)

де R = 8,31 Дж/(моль∙ К) - газова постійна величина;

T- абсолютна температура, К;

р (O₂)^* - парціальний тиск оксигену, що відповідає рівноважному стану системи (тиск дисоціації оксиду), Па;

р (O₂) - парціальний тиск оксигену, що відповідає вихідному стану системи, Па;

Рівняння дозволяє оцінити можливість протікання процесу окислення. Якщо р (O₂) > р (O₂)^* , тоді процес окислення можливий, тому що в цих умовах ΔG_T < 0 . Якщо р (O₂) < р (O₂)^* , тоді окислення неможливо , тому що при цьому ΔG_T > 0. Таким чином, знак ΔG_T є якісною, а значення ΔG_T - кількісною характеристикою термодинамічної можливості процесів газової корозії металів.

Температура впливає на константу швидкості хімічної реакції і на масовий показник в процесі дифузії. Для обох випадків має місце експоненціальна залежність:

K_m⁺ = Ae ^–Q/RT (3)

Це рівняння може бути перетворено логарифмуванням:

lg K_m⁺ = lgA – Q/(2,303 RT) , (4)

де K_m⁺- позитивний масовий показник швидкості корозії, г/(м²год);

А - постійна величина, рівна K_m⁺ при 1/Т=0;

Q - ефективна енергія (теплота) активації процесу, Дж/моль;

Графік у координатах lg K_m⁺ = f(1/T) (рис. 1) дає пряму або в ряді випадків ламану пряму, кожен злам якої відповідає змінам, що відбуваються в металі або в прилягаючій до нього оксидній плівці.

9

13

11

(а) (б) ( 1/Т ) 1

(1/Т) ·10⁴

Рис.1. Температурна залежність окислення феруму в координатах: К_m⁺ - t⁰C (а) та Ig К_m⁺— 1/Т (6).[3].

Ця залежність зручна для графічного визначення швидкості газової корозії металу при будь-якій температурі. Вона ж може бути використана і для визначення постійних А и Q з одержаних даних:

Ig А = lg K_m⁺ при 1/Т = 0; (5)

Q = - 2,303 R tg α = 2,303 R tg β, (6)

де α — кут, утворений прямою lg K_m⁺ = f(1/T) з позитивним напрямком осі 1/T ; β — те ж, з негативним напрямком осі 1/Т.

Приведене співвідношення між швидкістю газової корозії металів і температурою може бути ускладнене або порушене, якщо зі зміною температури змінюється структура або деякі інші властивості металу чи оксидної плівки на ньому.