Химия_1 / 6

Стандартные электродные потенциалы Ме и ряд напряжений.

Понятие об электродном потенциале.

Водородный электрод. Электродные потенциалы измеряют по отно

Электрод, потенциал которого сравнивается с потенциалом водородног

Если опустить металлическую пластинку в воду, то поверхностные ионы Me будут в

шению к нормальному водородному электроду. Водородный элект

о электрода должен находится в тех же условиях. Если цинковую пласти

заимодействовать с полярными молекулами воды. Полярные молекулы воды атак

род представляет собой пластину из губчатой пластины Pt, опущенн

ну, погруженную в ZnS04 ([Zn2+]=1 моль/л и Т=298 К) соединить с водор

уют пов-ть пластинки. В рез-те в водную среду переходят ионы Ме, поэтому на гра

ой в раствор кислоты H2SO4, через который пропускается газообразн

одным электродом, то в системе возникает ЭД

нице раздела 2х фаз Ме/жидкость образуется двойной электрический слой, состоя

ый водород. Платина относится к металлам высокой химической сто

С, которую можно измерить. Для измерения Э

щий из ионов Ме и электронов избытка металлической пластины. На границе Ме/р

йкости. Газообразный водород адсорбируется на поверхности Pt. Дл

ДС применяют компенсационный метод, при и

аствор возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие.

я увеличения адсорбирующей способности ее покрывают слоем губ

спользовании которого потенциалы на электро

Ме+mH2O

чатой платины. На поверхности платины, насыщ

дах сохраняются постоянными. Тогда ЭДС – ст

или не включая гидратационную воду

енной водородом, устанавливается равновесие:

андартный электродный потенциал металла. Величины стандарт. эл

Ме

Н2 Абсолютное значение водородного электрод

ектродных потенциалов служат обоснованием ряда стандартных электр

Электродный потенциал металла - представляет собой разность потенциалов на гр

а неизвестно, но условно считают, что потенциа

одных потенциалов. Ряд напряжений - последовательность расположен

анице металл-раствор. Им определяется состояние равновесия электродного проц

л стандартного водородного электрода равен н

ия металлов и их ионов в порядке возрастания стандартных электродн

есса. . Величина электродного потенциала зависит от свойств металла, концентрац

улю. =0, когда =101325 Па(760мм РТ.ст.) Т=298 К

ых потенциалов в растворах электролитов. Электродом сравнения обыч

ии ионов данного металла в растворе и температуры. Эта зависимость выражается

(25° С) []=1 моль/л

но служит стандартный водородный электрод. Металл, находящийся в

ур-ем Нернста:

ряду напряжений левее водорода, способен вытеснить водород из кисл

Для достаточно разбавленных растворов . -концентрация

от или солей.

R=8.314 Дж К-1 моль-1 унив.газ.постоянная

Чем отрицательнее значение имеет потенциал металла, тем выше восст

F=96487 Кл моль-1 число Фарадея

ановительная способность атомов этого металла и ниже окислительная

n – заряд иона металла.

способность его ионов.

- стандартный электродный потенциал.

Гальванический элемент – это устройство, состоящее из 2 электродов,

Коррозия металлов и факторы, влияющие на ее процесс - физ.-хим. взаимодейст

Химическая и электрохимическая коррозия.

опущенных в раствор электролитов и соединенных вне электролита вне

вие металлич. материала и среды, приводящее к ухудшению эксплуатац. св-в мате

Хим.коррозия – процесс разрушения металла в результате протекан

шним проводом; устройство, создающее ЭДС в результате протекания х

риала, среды или техн. системы, частями к-рой они являются. В основе коррозии м

ия гетерогенных реакций без возникновения тока в системе. Химиче

им.реакций на электродах.

еталлов лежит хим. р-ция между материалом и средой или между их компонентам

ская коррозия может быть газовой и жидкостной.

Процессы превращения хим.энергии в электрическую имеет место в гал

и, протекающая на границе раздела фаз.

Газовая коррозия протекает при контакте металла с сухими газами (

ьванических элементах. Электрод, на котором протекает процесс окисл

О2,H2S, SO2,Cl2, CO2 пары воды и др.) при высокой температуре. Жидк

ения, наз-ют анодом, его считают отрицательным. Электрод, на которо

????

остная коррозия протекает в неэлектролитах: жидкий бром, нефть, б

м протекает процесс восстановления, наз-ют катодом, его считают поло

ензин и др.

жительным. Электроны выходят из элемента через анод и движутся во

Электрохимическая коррозия –коррозия протекает по электрохимич

внешней цепи к катоду. Правила записи: слева располагается анод, спр

ескому механизму: в почве, в атмосферных условиях, в морской вод

ава - катод;

е. Электрохимическая коррозия протекает в средах, имеющих ионну

ю проводимость(в электролитах).

Анодные и катодные процессы

Взаимодействие металла с кислотой в присутствии соли менее активного мет

Электрохимический механизм связан с протеканием двух сопряженных

алла или при контакте с более активным металлом.

процессов: анодного растворения металла и катодного восстановления

Взаимодействие с кислотами.

окислителя:

А) металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из раство

А: Ме0 - ne

ров кислот, кроме щелочных металлов;

K: Ox+neRed

Б) металлы, стоящие правее водорода с кислотами не реагируют,;

Ox –окислитель Red –его восстановительная форма.

В) реакция идет, если в реакции металла с кислотой образуется растворимая соль;

При этом протекают 2 сопряженных процесса, в системе возникает элек

Г) концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации реаг

трический ток. Возможны следующие катодные процессы при протекан

ирует с металлами по-особому, при этом водород не образуется.

ии коррозии по электрохимическому механизму. Основным катодным

Взаимодействие с солями.

процессом в кислых средах, а для Mg Ca и активированного алюминия,

А) каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, находящиеся пра

т.е не содержащего защитной оксидной пленки, в нейтральных средах

вее него в ряду напряжений, и сам может быть вытеснен металлами, расположенн

является водородная деполяризация:

ыми левее;

2Н++2е=Н2

Б) реакция идет при образовании растворимой соли;

В нейтральной и щелочной средах, содержащих молекулярный кислоро

В) правило не распространяется на щелочные металлы.

д, на катоде протекает кислородная деполяризация:

О2+2Н2О+4е=4ОН-

Анодные и катодные металлические покрытия, примеры таких покрытий на же

Классификация способов защиты металлов от коррозии.

лезе.

Все методы защиты металлов от коррозии условно делят на группы:

По механизму защиты металлические покрытия – анодные и катодные.

- Изменение свойств коррозионный среды

Металл анодных покрытий имеет электродный потенциал более отрицательный, ч

-Изоляция пов-ти металла от окр-ей среды

ем потенциал защищаемого металла. Когда имеет место применение анодных пок

-металлические защитные покрытия, анодные защитные покрытия, кат

рытий, то не является обязательным условием, чтобы оно было сплошным. В качес

одные защитные покрытия, конверсионные покрытия

тве примера анодных покрытий можно привести покрытия железа цинком и кадм

-Электрохимическая защита

ием. Анодные покрытия на железе, как правило, не отличаются высокими показате

-катодная защита, протекторная защита, анодная защита.

лями стойкости.

-Применение конструкционных металлических материалов с повышенн

Те катодные металлические покрытия, электродный потенциал которых более эле

ой коррозионной стойкостью

ктроположителен, чем потенциал основного металла, могут стать хорошей защито

-рациональное конструирование

й от коррозии, только если в них нет сквозных пор, трещин и прочих дефектов, пос

кольку они механически препятствуют проникновению агрессивной среды к основ

ному металлу. Примерами катодных защитных покрытий могут служить покрытия

железа медью, никелем, хромом и т.п.

Протекторная защита и электрозащита

Легирование стали.

Сущность протекторной защиты заключается в том, что к защищаемой

При легировании стали в состав сплава вводят коспоненты, вызывающие пассивац

Коррозия под действием неравномерной аэрации и блуждающих т

металлической конструкции присоединяют непосредственно или при п

ию металла, например хром, никель, титан и др. Такие стали наз-ют коррозионно-с

оков.

омощи проводника специальный анод-протектор с более отрицательн

тойкими. Такие стали применяются в химической, нефтехимической, текстильной и

При неравномерной аэрации. Электродный потенциал окисленного

ым потенциалом, чем потенциал защищаемой конструкции. В качестве

др областях промышленности. К часто используемым относят сплавы систем: Fe-Cr

участка выше, чем неокисленного. Окисленные участки выполняют

протекторов используются сплавы на основе магния, алюминия, цинка.

, Fe-Cu-Ni, Fe-Ni.

функцию катода. Например, если на стальной предмет нанести капл

Протекторная защита применяется в борьбе с коррозией подземных и г

ю воды, то корродировать будет средняя, а не внешняя часть смоче

идротехнических сооружений.

нного металла. В середине капли доступ воздуха к металлу затрудне

Сущность катодной защиты заключается в том, что защищаемая констру

н, и этот участок выполняет функцию анода. На участках с большим

кция подключается к отрицательному полюсу внешнего источника тока,

доступом О2 протекает като

дный процесс.

становясь катодом. В качестве анода могут применяться: графит, магне

А: Fe0-2e=Fe2+

зит, железный лом.

К: О2+2Н2О+4е=4ОН-

Анодная защита – метод защиты, основанный на переходе металла из а

2Fe0+O2+2H2O=2Fe(OH)2

ктивного состояния в пассивное вследствие смещения его потенциала в

Действие блуждающих токов. Анодные и катодные участки могут во

пассивную область. Анодная защита применима только к металлам, ко

зникнуть под действием «блуждающих токов», токов утечки из элек

торые легко пассивируются при анодной поляризации.

трических цепей или любых токов, попадающих в почву от внешних

источников.

Вследствие плохого контакта рельсов на стыках и н

едостаточной изоляции их от земли, часто ток вых

одит в почву и находит пути с низким сопротивлен

ием. В зоне К вблизи рельса восстанавливается кис

лород, растворенный во влаге грунта. в рез-те создается избыток ио

нов ОН-.

О2+2Н2О+4е=4ОН-

Наличие этих ионов смещает равновесие, имеющееся на пов-ти Ме,

из которого сделано сооружение.

напр. Fe=Fe2++2e. Связывание ионов железа гидроксид-ионами прив

одит к появлению в данном месте трубы повышенной концентраци

и избыточных электронов, эти электроны начинают двигаться вдоль

трубы. В зоне А происходит окислительный процесс. Металл рельса

разрушается.

Переменный ток вызывает меньшие разрушения, чем постоянный, а

токи высокой частоты – большие разрушения, чем токи низкой част

оты.