8.3. Электрохимическая коррозия

Механизм электрохимической коррозии. Коррозия металлов в средах, имеющих ионную проводимость, протекает через анодное окисление металла:

и катодное восстановление окислителя.

, где

- окислитель

- восстановленная форма

Окислителями при коррозии служат молекулы , ионыи др. Наиболее часто при коррозии наблюдается ионизация (восстановление) кислорода:

в нейтральной или щелочной среде:

в кислой среде

и выделение водорода

Рис. 7.1. Схема коррозии стали при контакте с водой с поглощением кислорода (атмосферная коррозия)

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с поглощением кислорода (коррозия с кислородной деполяризацией) (рис.8.1). Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода (коррозия с водородной деполяризацией) (рис.8.2).

Рис.8.2. Схема коррозии стали в растворе H2SO4с выделением водорода

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот и оснований, морская вода, почвенная вода, вода атмосферы, содержащая CO2, SO2, O2.

Кроме электрохимических реакций при коррозии обычно протекают вторичные химические реакции, например взаимодействие ионов металла с гидроксид-ионами, концентрация которых повышается в результате катодных реакций

Mⁿ⁺ + nOH^- = M(OH)_n

Как видно, процессы электрохимической коррозии подобны процессам, протекающим в гальванических элементах.

Основным отличием процессов электрохимической коррозии от процессов в гальваническом элементе является отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а двигаются внутри него.

Схема электрохимической коррозии железа в контакте с углеродом приведена на рис 8.2. На анодных участках происходит реакция окисления железа

Fe – 2e → Fe²⁺

На катодных участках происходит восстановление водорода

2Н⁺ + 2е → Н₂

Электрохимическая коррозия может развиваться в результате контакта различных металлов. В этом случае будет возникать не микро - а макрогальванопара, и коррозия называется контактной. Сочетания металлов, сильно отличающихся значениями электродных потенциалов, в технике недопустимы (например, алюминий – медь). В случае коррозии, возникающей при контакте какого-либо металла со сплавом, последний имеет потенциал, соответствующий наиболее активному металлу, входящему в состав сплава. Например, при контакте латуни (сплав цинка и меди) с железом корродировать будет латунь за счет наличия в ней цинка.

Коррозия металла в результате неравномерного доступа кислорода. Случаи электрохимической коррозии, возникающей вследствие неравномерной аэрации кислородом различных участков металла, очень часто встречаются в промышленности и в подземных сооружениях. Примером может служить коррозия стальной сваи, закопанной в речное дно (рис 8.3.).

Рис. 8.3. – Коррозия в результате неравномерного доступа кислорода. Б – техническое сооружение;  А – анодный участок;  К – катодный участок.

Часть конструкции, находящаяся в воде, омывается растворенным в ней кислородом и, в случае возникновения условий для электрохимической коррозии, будет катодом. Другая же часть конструкции, находящаяся в почве, будет анодом и подвергнется разрушению.

Кислородный электрод. Аналогично водородному электроду можно создать кислородный электрод. Для этого платиновую пластину приводят в контакт с О₂ и раствором, содержащими ионы, которые образуются при восстановлении О₂ (ионы ОН^-):

на кислородном электроде протекает реакция:

В

потенциал кислородного электрода при 298К описывается уравнением

потенциал водородного электрода описывается уравнением