- •Тема 9. Электрохимические процессы Оглавление
- •Тема 9. Электрохимические процессы 1
- •Основные понятия и определения
- •История развития электрохимии
- •X Луиджи Гальвани, отец современной электрофизиологии и создатель теории «животного электричества» (1737 -1798) IX столетие
- •XX столетие
- •Структура темы
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •Понятие окислителя и восстановителя
- •Степень окисления
- •Виды окислительно-восстановительных реакций
- •Электронные и электронно-ионные уравнения
- •Окислительно-восстановительный (red-ox) потенциал
- •Условие самопроизвольного протекания red-ox процессов
- •Контрольная работа 9.1.
- •Степень окисления - ……………….
- •Процессы в гальваническом элементе
- •Гетерогенные электрохимические процессы с участием металлов. Представление о металлической связи
- •Понятие об электродном потенциале, его образование в водных растворах элекролитов
- •Образование гальванического элемента. Электродвижущая сила (эдс)
- •Электроды сравнения 1-го рода. Стандартный водородный электрод
- •Электроды сравнения 2-го рода. Хлорид-серебрянный электрод
- •Определение электродных потенциалов металлов
- •Стандартные значения электродных потенциалов металлов. Ряд «напряжений»
- •Уравнение Нернста
- •Концентрационные гальванические элементы (кгэ)
- •Условие образования гальванического элемента
- •Поляризация в гальваническом элементе
- •8.1.3. Напряжение гальванического элемента
- •Контрольная работа 9.2.
- •Коррозия металлов
- •Коррозия в различных средах, влияние дополнительных факторов (воздействий)
- •Количественная оценка коррозии
- •Химическая коррозия
- •Электрохимическая коррозия
- •Коррозия с водородной деполяризацией
- •Коррозия с кислородной деполяризацией
- •Условие самопроизвольного протекания коррозии
- •Методы защиты от коррозии
- •Анодные и катодные покрытия
- •Протекторная защита
- •Электрозащита (катодная защита)
- •Пассиваторы, активаторы и ингибиторы коррозии
- •Электролиз
Количественная оценка коррозии
Скорость общей коррозии оценивают по убыли металла с единицы площади (К), например в г/м2×ч, или по скорости проникновения коррозии, т. е. по одностороннему уменьшению толщины нетронутого металла (П), например в мм/год. При равномерной коррозии П = 8,75К/r, где r — плотность металла в г/см3. При неравномерной и местной К. оценивается максимальное проникновение. По ГОСТу 13819—68 установлена 10-балльная шкала общей коррозионной стойкости (см. табл.). В особых случаях К. может оцениваться и по др. показателям (потеря механической прочности и пластичности, рост электрического сопротивления, уменьшение отражательной способности и т. д.), которые выбираются в соответствии с видом К. и назначением изделия или конструкции.
10-балльная шкала для оценки общей коррозионной стойкости металлов
Группа стойкости |
Скорость коррозии металла, мм/год. |
Балл |
Совершенно стойкие |
Менее 0,001 |
1 |
Весьма стойкие |
Свыше 0,001 до 0,005 Свыше 0,005 до 0,01 |
2 3 |
Стойкие |
Свыше 0,01 до 0,05 Свыше 0,05 до 0,1 |
4 5 |
Пониженно-стойкие |
Свыше 0,1 до 0,5 Свыше 0,5 до 1,0 |
6 7 |
Малостойкие |
Свыше 1,0 до 5,0 Свыше 5,0 до 10,0 |
8 9 |
Нестойкие |
Свыше 10,0 |
10 |
При подборе материалов, стойких к воздействию различных агрессивных сред в тех или иных конкретных условиях, пользуются справочными таблицами коррозионной и химической стойкости материалов или проводят лабораторные и натурные (непосредственно на месте и в условиях будущего применения) коррозионные испытания образцов, а также целых полупромышленных узлов и аппаратов. Испытания в условиях, более жёстких, чем эксплуатационные, называют ускоренными.
Химическая коррозия
Коррозия является химической, если после разрыва металлической связи атомы металла непосредственно соединяются химической связью с теми атомами или группами атомов, которые входят в состав окислителей, отнимающих валентные электроны металла.
Химическая коррозия возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является электролитом (газовая коррозия, коррозия в неэлектропроводных органических жидкостях). Скорость её чаще всего определяется диффузией частиц металла и окислителя через поверхностную плёнку продуктов коррозии (высокотемпературное окисление большинства металлов газами), иногда — растворением или испарением этой плёнки (высокотемпературное окисление W или Mo), её растрескиванием (окисление Nb при высоких температурах) и изредка — конвективной доставкой окислителя из внешней среды (при очень малых его концентрациях).
Химическая коррозия металлов чаще всего сводится к их окислению и превращению в оксиды. В частности, коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением
4Fe + 3O2 + 2H2О = 2Fe2O3·H2О.
Гидратированный оксид железа Fе2O3·H2О и является тем, что мы обычно, называем ржавчиной. Это рыхлый порошок светло-коричневого цвета. Многие металлы при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от дальнейшего окисления. Например, алюминий – очень активный металл и теоретически с водой должен был бы взаимодействовать в соответствии с уравнением
2Al + 3H2О = Al2O3 + 3H2,
однако его поверхность покрывается плотной пленкой оксида Al2O3, которая защищает металл от воздействия воды и кислорода. По этой причине вода в алюминиевом чайнике при нагревании кипит, но не действует на металл и потому чайник служит довольно долгое время. Однако в воздухе часто содержатся оксиды серы, азота, углерода и другие, а в воде – растворенные газы и соли. Поэтому процесс коррозии и его продукты часто не столь простые. Например, бронзовые статуи, корродируя, покрываются слоем зеленой патины, состав которой отвечает основному сульфату меди (II) (CuOH)2SO4.