Министерство образования и науки Российской Федерации

Балтийский государственный технический университет «Военмех»

Кафедра химии

А.П. КИСЕЛЕВ, А.А. КРАШЕНИННИКОВ

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ

Часть 3

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ

И КОРРОЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2007

УДК 541(075.8)

ББК 24.1

К44

К

К44

иселев, А.П.

Основы общей химии. Ч. 3. Электрохимические и коррозионные процессы: учебное пособие / А.П. Киселев, А.А. Крашенинников; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2007. – 91 с.

ISBN 5-85546-267-6

Пособие содержит материал по основам электрохимии и коррозии металлов в соответствии с одноименными разделами курса химии. Рассмотрены процессы на границе раздела «металл-электролит», приводящие к возникновению электродного потенциала, процессы в различных электрохимических системах, а также основы гетерогенного окисления металлов. Материал изложен на современном уровне с использованием общепринятой терминологии.

Предназначено для самостоятельной подготовки студентов 1–2-го курсов технических специальностей.

УДК 541(075.8)

ББК 24.1

Рецензенты: кафедра общей и неорганической химии Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (зав. каф. д-р хим. наук, проф. Л.Н. Блинов); профессор кафедры физической химии Санкт-Петербургского государственного технологического института (университета) д-р хим. наук Л.В. Пучков

Утверждено

редакционно-издательским

советом университета

 БГТУ, 2007

ISBN 5-85546-267-6  Авторы, 2007

Введение

Электрохимия является разделом физической химии, в котором изучаются законы взаимодействия и взаимосвязи химических и электрических явлений. Она изучает процессы, протекающие при взаимном превращении электрической и химической форм энергии.

Инженер любой специальности должен знать закономерности электрохимических явлений, так как они лежат в основе таких процессов, как получение электрической энергии (химические источники тока), веществ и изделий, обработка материалов (электролиз). С другой стороны, они во многих случаях обусловливают протекание такого отрицательного явления, как разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды (коррозия). Но в основе коррозии лежат не только электрохимические явления, поэтому в целях повышения надежности и долговечности работы оборудования необходимо знать закономерности ее возникновения. В пособии рассмотрены физико-химические основы способов борьбы с коррозией.

Поскольку перечисленные процессы рассматриваются в рамках фундаментального курса «Химия», здесь описываются наиболее общие теоретические закономерности их протекания. Конкретные же технические особенности их использования являются предметом специальных курсов.

1. Электрохимические процессы

Химические процессы, в ходе которых происходит переход электронов от атомов, входящих в состав одного из реагентов – восстановителя, к атомам, входящим в состав другого реагента – окислителя, называются окислительно-восстановительными. При протекании этих реакций происходит одновременное окисление восстановителя и восстановление окислителя за счет перераспределения электронов:

где Red₁ – восстановленная, а Ox₁ – окисленная форма вещества 1, а Red₂, Ox₂ соответственно вещества 2 (Red – от reduction – восстановление; Ox – от oxidation – окисление).

Результат перераспределения электронов между реагентами можно оценить через изменения степени окисления атомов. Степенью окисления называется формальный заряд атома элемента, входящего в состав соединения. Он указывается цифрой над символом элемента. При определении степени окисления атома условились считать, что:

1. Степени окисления атомов, из которых состоят простые вещества, равны нулю.

Пример: ,,,.

2. Степени окисления атомов в соединениях, состоящих из одноатомных ионов, равны зарядам этих ионов.

Пример: ,,.

3. Степень окисления атомов водорода, входящих в состав сложных молекул или ионов, равна +1.

Пример: ,,.

Исключение – гидриды металлов, в которых она равна –1.

Пример: ,.

4. Степень окисления атомов кислорода, входящих в состав сложных молекул или ионов, равна –2.

Пример: ,,.

Исключение – перекисные соединения, в которых она равна –1, и фторид кислорода +2.

Пример: ,.

5. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов элементов, входящих в состав молекулы, равна нулю, а входящих в состав иона – его заряду.

Пример:

;

.

В ходе реакции степень окисления восстановителя возрастает (М₁^x M₁^x+n + nē), а окислителя – уменьшается (М₂^x + nē M₂^x-n). Условием самопроизвольного протекания реакции является уменьшение энергии Гиббса _rG<0.