Коррозия металлов
Под действием окружающей среды серебро тускнеет, железо ржавеет, медь и бронза постепенно покрываются патиной, на алюминии появляется пленка оксида (чрезвычайно тонкая пленка оксида алюминия предохраняет металл от дальнейшей реакции), а цинк, свинец и даже нержавеющая сталь постепенно теряют свой металлический блеск, подвергаясь коррозии. Лишь золото и платина – металлы, расположенные в самом конце электрохимического ряда напряжений, - не подвергаются атмосферному воздействию.
В ряду химической, биохимической коррозии выделим наиболее распространенную – электрохимическую коррозию, которая, по сути, сводится к анодному растворению металла в сочетании с катодным восстановлением окислителя.
A: Fe → Fe2+ + 2e - (окисление) Eo = -0,44 B
K: 1/2 O2 + 2H+ + 2e - = 2OHˉ Eo (pH = 0) = 1,228 B
1/2 O2 + H2O + 2e - = 2OHˉ Eo = 0,81 B (pH = 7); 0,401 B (pH = 14)
2H+ + 2e - = H2 Eo (pH = 0) = 0 B, Eo (pH = 7) = -0,41 B
Результирующая реакция для наиболее распространенного варианта коррозии:
Fe2+ + 1/2 O2,aq + H2O = Fe (OH)2.
Ржавчина есть результат последующего окисления Fe2+ до Fe3+ кислородом воздуха: H2O
2 Fe (OH)2 + 1/2 O2 + H2O = Fe (OH)3 → Fe2O3 · n H2O.
Рис. 5.14. Схема
коррозии железа.
Не останавливаясь на обычных методах защиты от коррозии, типа антикоррозионных покрытий рассмотрим, электрохимические методы защиты.
Анодная, катодная и протекторная защита применяется к металлическим конструкциям, которые подвергаются особенно интенсивной коррозии.
Принцип действия протекторной защиты применительно к подземному трубопроводу или емкости (катод) показан на рис. В образующемся гальваническом элементе процесс катодного восстановления (2H+ + 2e - = H2) надежно защищает объект за счет растворения параллельно проложенного анода из активного металла (Mg = Mg2+ +2e -).
Катодная защита много лет надежно защищает несколько километров трубопровода, сбрасывающего в океан сточные воды Лос-Анджелеса. Электролиз за счет внешнего источника тока обеспечивает ему продолжительную катодную защиту (отрицательный полюс).
Рис. 5. 15. Схема протекторной защиты от коррозии.
Анодная защита работает в режиме кратковременном присоединении объекта к положительному полюсу источника тока и применяется для создания и восстановления пассивирующей защитной пленки соответствующих металлов.