3.2 Коррозия металлов в неэлектролитах

К неэлектролитам, т. е. к веществам, не проводящим электрический ток, относятся многие органические вещества (нефть, керосин, бензин, бензол и др.), а также некоторые неорганические вещества (жидкий бром, расплавленная сера, жидкий фтористый водород). Процесс коррозии в неэлектропроводных средах независимо от их природы сводится к химической реакции между материалом и веществом.

В чистых углеводородах (нефть, бензин и др.) металл практически не корродирует. Наличие примесей, таких как вода, сернистые соединения и др. резко активизирует коррозионный процесс. Химической коррозии особенно подвержена аппаратура нефтеперерабатывающих заводов, коммуникаций и хранилищ. Мазут вызывает коррозию металлов, если он содержит примеси воды, серы или солей. С повышением температуры скорость коррозии в неэлектролитах значительно возрастает.

Органические хлориды практически не действуют на металлы. Незначительная влажность может вызвать образование хлористого водорода или соляной кислоты, которые отличаются высокой агрессивностью по отношению к углеродистой стали и чугунам. В таких случаях необходимо выбирать материалы, стойкие в соляной кислоте при данной температуре. При небольшом содержании соляной кислоты среду можно нейтрализовать добавлением щелочного раствора.

Если для органических веществ опасна ржавчина (как загрязняющий компонент), то для изготовления емкостей необходимо применять коррозионно-стойкие хромистые стали или цветные металлы.

4. Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — процесс взаимодействия металла с раствором электролита или влажным газом, при котором окисление и переход ионов металла в раствор и восстановление окислительного компонента раствора протекает не в одном акте. Напомним, что при химической коррозии окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает в одном акте.

Электрохимическая коррозия появляется во всех случаях, когда имеет место граница раздела фаз металл—электролит. При электрохимической коррозии одновременно происходят два процесса: окислительный, т. е. переход металла в раствор на одном участке, и восстановительный— с выделением катиона из раствора на другом участке.

Электрохимическая коррозия сопровождается протеканием электрического тока между участками металла и по электролиту. К электрохимической коррозии относятся следующие виды коррозии: атмосферная, контактная, подземная (почвенная), коррозия от блуждающих токов и другие.

4.1 Особенности строения электролитов

Электролитами называются проводники второго рода, электропроводность которых обусловлена передвижением ионов в электрическом поле положительно заряженных катионов и отрицательно заряженных анионов. Коррозия может проходить в растворах кислот, щелочей и солей. Распад электролита на ионы при растворении его в воде называется электролитической диссоциацией.

В результате диссоциации растворимых в воде кислот в растворах присутствуют положительно заряженные ионы водорода Н⁺ и нет никаких других катионов, например:

HCl = H⁺+Cl^- :

H₂SO₄=2H⁺+SO₄^2- .

При диссоциации растворимых в воде оснований в растворах присутствуют отрицательно заряженные гидроксил-ионы ОН^- и нет никаких других анионов, например:

NaOH = Na⁺+OH^-:

Са(ОН)₂ = Са²⁺+20Н^-

При диссоциации растворимых в воде солей в растворах образуются положительно заряженные ионы металла (катионы) и отрицательно заряженные ионы кислотного остатка (анионы), например:

NaCl = Na⁺+Cl^-

Al(NO₃)₃ = Al³⁺+3NO₃^-

Опыт показывает, что распад молекул кислот, оснований и солей на ионы происходит только в растворителях, молекулы которых полярны. Вода является одной из наиболее полярных жидкостей. Молекула воды образует диполь. Ионы растворенного вещества электростатически взаимодействуют с диполями воды и образуют гидратированные катионы и анионы, как показано на рисунке 14.

Рисунок 14 — Схема образования гидратированных ионов

Явление взаимодействия ионов раствора с молекулами воды называется гидратацией. Процесс гидратации сопровождается освобождением определенного количества энергии — энергии гидратации. Каждый ион обычно окружен несколькими слоями ориентированных молекул воды, образующих вокруг иона своего рода оболочку. Благодаря гидратации радиус иона как бы увеличивается, вследствие чего подвижность гидратированных ионов значительно уменьшается.

Гидратация ионов играет большую роль в процессе коррозии. Выделившаяся энергия гидратации способствует отрыву ион-атома от металлической поверхности и переходу его в раствор, в этом и заключается коррозия металла.