9.2.3 Рациональное конструирование

Рациональное конструирование предусматривает комплекс мероприятий по предотвращению коррозии на основе современных научных данных и

практических наработок в области защиты металлов от коррозии. Это исключение контактной коррозии, внутренних напряжений в деталях, зон конденсации влаги, повреждения защитных покрытий и др. факторов. В случае необходимости применение: коррозионностойких металлов, сплавов, ингибиторов и др.

9.2.4 Электрохимические способы защиты от коррозии

К электрохимическим способам защиты металлов от коррозии

относятся протекторная и катодная защиты.

Протекторная защита

По механизму защитного действия этот вариант аналогичен анодному покрытию. К защищаемой конструкции, находящейся в среде электролита, присоединяется более активный металл. В образующейся гальванопаре за счет коррозии более активного металла происходит поляризация электронами защищаемой конструкции. В качестве металла-протектора применяются Мg, Zn, Аl и другие активные металлы или их сплавы.

Химизм протекторной защиты железа цинком в нейтральной среде:

(A) Zn | О₂, Н₂О | Fe (К).

А) Zn – 2e = Zn²⁺,

К) О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^–.

Суммарное уравнение

2Zn + O₂ + 2H₂O = 2Zn(OH)₂.

Катодная защита

Сущность данного способа защиты от коррозии заключается в том, что защищаемый металл, находящийся в среде электролита, подключается к катоду (–) внешнего источника тока. В качестве анода можно использовать металлический лом. В результате окислители окружающей среды восстанавливаются, а металлический лом окисляется.

10 Термодинамика

Термодина­мика – наука о взаимных превращениях различных видов энергии. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного протекания различных процессов.

10.1 Внутренняя энергия и энтальпия. Закон Гесса

Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением

тепла. Тепловой эффект реакции в основном определяется разницей между энергиями разрыва химических связей исходных веществ и образования связей в продуктах реакции.

В любом процессе соблюдается закон сохранения энергии. Теплота (Q), погло­щенная системой, идет на изменение её внутренней энергии(DU) и на совершение работы (А):

Q = ΔU + A.

(10.1)

Внутренняя энергия системы (U) – это общий запас, включающий энергию поступа­тельного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т.д. Абсолютные значения внутренней энергии веществ неизвестны, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии, поэтому на практике пользуются её изменени­ем ΔU. Внутренняя энергия является функцией состояния, то есть её изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс. Изменение внутренней энергии системы измеряют при постоянном объеме, то есть в изохорно-изотермическом процессе (v и T = const):

ΔU = U₂ – U₁, (10.2)

где ΔU – измене­ние внутренней энергии системы;

U₂ – внутренняя энергия продуктов реакции,

U₁ – внутренняя энергия исходных веществ.

Энтальпия (Н) применяется в случае проведения процесса при постоянном давлении, то есть в изобарно-изотермических условиях (р и T = const).

Энтальпия также является функцией состояния. На практике пользуются изменением энтальпии:

ΔH = H₂ – H₁. (10.3)

Стандартные условия

Т = 298,15 К, р = 101,325 кПа, n = 1моль, С = 1 моль/л, агрегатное состояние и кристаллическая модификация – наиболее устойчивые при стандартных условиях.

Изменение энтальпии при стандартных условиях обозначается ΔH⁰₂₉₈. Для простых веществ ΔH⁰₂₉₈ при стандартных условиях приняли условно равным 0.

Примеры

1) ΔH⁰₂₉₈(Н_{2 Г}) = 0 кДж/моль, ΔH⁰₂₉₈(О_{2 Г}) = 0 кДж/моль.

2) ΔH⁰₂₉₈(Н₂О_ж) = –285,8 кДж/моль, т.е. при стандартных условиях

образование1 моль жидкой воды из простых веществ Н_2(Г) и О_2(Г)

сопровождается выделением 285,8 кДж энергии.

3) В случае газообразной воды ΔH⁰₂₉₈(Н₂О_г) = –241,8 кДж/моль.

В термодинамике в уравнениях химических реакций наряду с указанием теплового эффекта реакции указываются агрегатные состояния веществ (кристаллическое – к, жидкое – ж, газообразное – г) и допускаются дробные коэффициенты. В такой форме записи уравнения называются термохимическими. Например: Н_2(г) + ½ О_2(г) = Н₂О_(ж), ΔH⁰₂₉₈ = –285,8 кДж/моль.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1840 г.) – тепловой эффект реак­ции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от количества стадий перехода исходных веществ в продукты реакции.

Разберем данный вопрос на примере образования углекислого газа из простых веществ. Превращение можно провести по реакции

С_(к) + O_2(г) = СО_2(г), ΔH⁰₂₉₈ = –393,5 кДж/моль,