chemistry starter pack / khimia_gurov

16 ♦

Электродные процессы

————————————————————————————

Электродными (потенциалопределяющими) процессами называют химические превращения, происходящие на электродах с участием заряженных частиц (ионов, электронов), которые переносятся через границу раздела двух фаз. Эти процессы многостадийны, гетерогенны, имеют сложный механизм, их подразделяют на две группы: процессы возникновения разности потенциалов и электрического тока в гальванических элементах; химические процессы при электролизе. Эти две группы процессов являются окисли- тельно-восстановительными реакциями и взаимно обратны по направлению.

16.1. Основные определения. Законы Фарадея

Электрохимической системой (ЭХС) называют устройство, в

котором осуществляются взаимные превращения электрической и химической форм энергии. Конструктивно ЭХС (рис. 16.1) состоит из двух электродов 1 и 3, разделенных полупроницаемой пористой перегородкой (диафрагмой) 2 и образующих внутреннюю цепь. Каждый электрод состоит из взаимно контактирующих проводника первого рода (металла или полупроводника) и проводника второго рода (раствора электролита). Напомним, что в проводниках первого рода переносчиками электрического заряда являются электроны, а

впроводниках второго рода — ионы.

Вэлектрохимии в стандартной форме записи, когда на электроде протекает процесс восстановления, электроды изображают в виде схемы (условной записи): слева от вертикальной черты, означающей границу раздела фаз, указывают вещества, находящиеся в растворе; справа — вещества, образующие электродный материал

(другую фазу). Если фаза содержит несколько веществ, то их формулы разделяются запятыми. Например, электроды Zn2+ | Zn — цин-

ковый; Cl– | Cl2, Pt — хлорный; MnO−4 , Mn2+, H+ | Pt — перманганат-

ный (в кислотной среде).

Относительные величины электродных потенциалов (их значения в вольтах по водородной шкале) обозначают греческой буквой ϕ c индексом в виде дроби. В числителе дроби через запятую указывают исходные вещества (окисленная форма, Oф) электродной реакции со стехиометрическими коэффициентами, в знаменателе — таким жеобразом, продукты этогопроцесса(восстановленная

18 ♦

Коррозия металлов и сплавов

————————————————————————————

Абсолютно коррозионно-стойких металлов нет. Золото — стойкое в обычных условиях — растворяется в растворах цианидов калия или натрия вследствие образования устойчивых комплексных ионов. В результате коррозии металлические изделия теряют свои ценные технические свойства, поэтому важное значение имеет антикоррозионная защита металлов и сплавов.

Коррозия (от латинского corrodo) — это разрушение конструкций и изделий из металлических материалов (металлов и сплавов), происходящее вследствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой, которую называют коррозионной (или агрессивной), а образовавшиеся химические соединения — продуктами коррозии. Коррозия сопровождается выделением энергии и рассеиванием продуктов коррозии в окружающей среде. Процесс коррозии железа и его сплавов называют ржавлением.

В международном стандарте ИСО 8044-1986 под термином «коррозия» понимают самопроизвольно протекающее физико-химическое взаимодействие металла со средой, в результате которого изменяются его свойства и ухудшаются функциональные характеристики металлаисреды илитехническойсистемы, содержащейих.

18.1.Классификация коррозионных сред, разрушений и процессов. Показатели скорости коррозии

Коррозионные среды бывают жидкими и газообразными, токопроводящими и неэлектролитами, естественными и искусственно созданными. К газообразным относятся природная атмосфера и газы, образующиеся при сгорании топлива или выделяющиеся в различных химических производствах. Жидкие — это жидкости-электролиты (водные растворы солей, кислот, щелочей, морская вода) и жидкостинеэлектролиты (сернистая нефть, бензин, керосин и др.). Естественными, кроме атмосферы, являются вода и почва, искусственными — многиехимические вещества.

По характеру разрушения поверхности различают коррозию: а) сплошную (общую), при которой поражается вся поверх-

ность изделия. Она бывает равномерной и неравномерной;

б) локальную (местную), при которой поражаются лишь отдельные участки поверхности. Она проявляется в виде пятен, язв и питтинга (точечного разрушения на большую глубину). Перечисленные коррозионные разрушения являются макроскопическими дефектами.

19 ♦

Защита от коррозии

————————————————————————————

Защита от коррозии — это комплекс мероприятий, направленных на предотвращение и замедление коррозионных процессов, сохранение и поддержание работоспособности узлов и агрегатов машин, оборудования и сооружений в требуемый период их эксплуатации. Способы защиты от коррозии выбирают на стадии конструирования и осуществляют в процессе изготовления и эксплуатации объектов. Среди них условно выделяют методы воздействия на металл и саму конструкцию (рациональное конструирование, легирование, обработка поверхности, нанесение защитных покрытий), методы воздействия на коррозионную среду и условия эксплуатации (ингибирование, обработка среды, электрохимическая защита, герметизация, осушка воздуха, создание искусственной атмосферы), а также комбинированные методы. Выбор способа определяется его эффективностью и экономической целесообразностью.

19.1. Основные факторы рационального конструирования. Легирование металлических материалов

Рациональное конструирование изделий — первый и обязательный этап борьбы с коррозией, на стадии которого учитывают следующие обязательные факторы:

а) правильный выбор материалов (металлов, сплавов, герметиков, диэлектриков, пропиток и др.) для изделий и конструкций: стойких в данной коррозионной среде, не способных впитывать влагу, не выделяющих коррозионно-активных агентов при старении;

б) рациональные сочетание и компоновка в одном узле деталей, изготовленных из металлов, отличающихся значениями электродных потенциалов: предотвращение их непосредственного контакта друг с другом и с коррозионной средой путем изоляции соприкасающихся поверхностей, применения различных прокладок, уплотнительных мастик и герметиков, чтобы исключить возможность возникновения контактной коррозии (рис. 19.1);

в) оптимальная форма деталей: с дренажными отверстиями и проветриваемыми полостями, с минимумом коррозионно-опасных участков (углублений, пазов, щелей, канавок, зазоров, застойных зон); г) минимальная слитность сечения (отношение периметра сечения к его площади) у конструкций, характеризующая поверх-

ность их соприкосновения с коррозионной средой;

20 ♦ Правила поведения и порядок работы в химической лаборатории

————————————————————————————

В химической лаборатории всегда присутствуют источники повышенной опасности, к которым относятся сами химикаты, часто являющиеся агрессивными, ядовитыми, пожароили взрывоопасными, а также электро- и газовые приборы. В связи с этим все работающие должны строго выполнять правила техники безопасности. Эти правила преподаватель специально излагает на вводном занятии.

20.1. Общие требования

При выполнении опытов в химической лаборатории нужно соблюдать следующие правила.

1.Содержать рабочее место в чистоте и порядке, проводить эксперименты в чистой посуде.

2.Сухие вещества отбирать чистой ложечкой или шпателем. При отливании жидкостей из склянок этикетка должна находиться на верхней стороне емкости (под рукой) во избежание загрязнения стекающими каплями.

3.Избыток твердых и жидких реактивов нельзя возвращать в склянки, где они хранятся.

4.Пробки и крышки от банок с реактивами следует класть на стол в перевернутом виде, т.е. поверхностью, не соприкасающейся

свеществом. При этом важно не перепутать пробки от разных емкостей.

5.Реактивы общего пользования (в том числе стоящие в вытяжном шкафу) нельзя уносить на свое рабочее место.

6.Если не конкретизируется количество вещества, необходимое для проведения опыта, то твердое вещество следует брать в количестве, покрывающем дно пробирки, а жидкости наливать 15…20 % от объема пробирки.

7.Остатки металлов после проведения опытов нельзя выбрасывать в раковину во избежание засорения гидрозатвора, их нужно собирать в специальную банку. Остатки концентрированных кислот, щелочей, горючих веществ (например, органических растворителей) сливать в склянки, стоящие в вытяжном шкафу. Дорогие реактивы (например, соли драгоценных металлов) не выбрасывать,

асобирать в специальную емкость.

8.Отходы (битую посуду, использованные фильтры, индикаторную бумагу, спички и др.) выбрасывать в урны для мусора.

21 ♦ Реактивы, посуда и оборудование учебной химической лаборатории

————————————————————————————

21.1. Реактивы

Все вещества и их растворы в лабораториях хранятся в бутылях, склянках и других емкостях с этикетками, на которых написаны формулы или названия реагентов и при необходимости указана концентрация раствора. Емкости закрываются резьбовыми крышками или хорошо подогнанными стеклянными пробками. Большинство реагентов в лаборатории хранится на полках. Исключение составляют концентрированные кислоты, щелочи, неприятно пахнущие и сильно летучиевещества, которыеобычно располагают в вытяжномшкафу.

По степени очистки реактивы подразделяют на шесть классов (квалификаций):

1)технические (техн.);

2)очищенные (оч.);

3)чистые (ч.);

4)чистые для анализа (ч.д.а.);

5)химически чистые (х.ч.);

6)особо чистые (о.ч.).

По мере увеличения номера квалификации возрастает степень очистки вещества. В особо чистых реактивах содержится ничтожно мало примесей (10–10–10–5 %). Для лабораторных опытов чаще всего используются реактивы квалификации «ч.», «ч.д.а.» и «х.ч.».

21.2. Посуда

При проведении химического превращения в лабораторных условиях в качестве «реактора» используется какая-либо химическая посуда. Чаще всего ее изготавливают из специальных сортов стекла. Основные требования, предъявляемые к стеклу, — устойчивость к воздействию химических реагентов и способность противостоять резким колебаниям температуры. Выполнение первого требования обусловлено химическим составом, а второго — малым значением температурного коэффициента объемного расширения. Повышенной термической устойчивостью отличается посуда, изготовленная из стекла марки «Пирекс» (температура размягчения около 800 °С) или из кварца (температура размягченияоколо1600 °С).

Учебное издание

Александр Алексеевич Гуров Фатих Захарович Бадаев Людмила Петровна Овчаренко Валентин Николаевич Шаповал

Химия

Редактор Г.А. Нилова

Художник Н.Г. Столярова

Корректор Г.С. Беляева Компьютерная верстка С.Ч. Соколовского

Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д. 008880.09.06 от 29.09.2006 г.

Подписано в печать 28.07.2007. Формат 70 × 100 1/16 Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс» Печ. л. 49. Усл. печ. л. 63,7. Уч.-изд. л. 49,5

Тираж 1750 (1-й завод 1 — 1750) экз. Заказ №

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская, 5

Отпечатано с диапозитивов в ГУП ППП «Типография «Наука» 121099, Москва, Шубинский пер., 6