- •Причина скачка потенциала на границе раздела фаз
- •Элекрохимический потенциал и равновесие на границе электрод-раствор
- •Газовые электроды.
- •10) Физические цепи (гравитационные, аллотропические).
- •Физические цепи.
- •Концентрационные цепи.
- •Химические цепи.
- •3.6) Три основных уравнения диффузионной кинетики.
- •6.6) Фазовое перенапряжение. Катодное выделение водорода и металлов.
- •Теории водородного перенапряжения.
- •6.7) Электрохимическая коррозия и способы защиты металлов от коррозии.
- •7.1) Электрические и адсорбционные явления на границе раздела фаз. Двойной электрический слой.
6.7) Электрохимическая коррозия и способы защиты металлов от коррозии.
Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды.
Коррозия наносит большой экономический ущерб в результате безвозвратных потерь металла, преждевременного выхода и строя оборудования и т.д.
Классификация:
Химическая коррозия – заключается в протекании химической реакции между металлами и сухими агрессивными газами, а также неэлектролитами.
Электрохимическая коррозия – обусловлена протеканием электрохимических процессов. Встречается наиболее часто в водоемах, почве, влажной атмосфере.
Биохимическая коррозия – вызвана жизнедеятельностью живых организмов. Сочетается с другими видами коррозии.
Водородная и кислородная деполяризация
Коррозия связана с протеканием катодных реакций восстановления водорода или кислорода.
В кислой среде при ограниченном доступе кислорода имеет место коррозия с выделением водорода, или коррозия с водородной деполяризацией:
H+ + e- = ½ H2
При значительном доступе кислорода протекает коррозия с поглощением кислорода, или коррозия с кислородной деполяризацией:
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
Пассивность металлов
Состояние повышенной коррозионной устойчивости металлов в таких условиях, когда термодинамически возможно их взаимодействие с веществами, находящимися в окружающей среде, называется пассивным.
Примеры: Fe в H2SO4(конц.), Al на воздухе, Ni в щелочных растворах.
Пассивность металлов связана с образованием на их поверхности защитных пленок в результате образования малорастворимых химических соединений или адсорбции веществ.
Способы защиты
Повышение коррозионной стойкости самого материала путем нанесения химической модификации или нанесения химических покрытий
Снижение агрессивности коррозионной среды, в первую очередь, путем удаления O2, CO2 и введения ингибиторов.
Нанесение изолирующих покрытий – лакокрасочных, полимерных, конверсионных (оксидов, фосфатов, хроматов).
Регулирование электродного потенциала защищаемого материала
Катодная защита – отрицательный потенциал накладывается на защищаемый материал за счет внешнего источника тока или создания цепи с более электроотрицательного металла
Анодная защита применяется к металлам, которые пассивируются при их поляризации внешним анодным током.
7.1) Электрические и адсорбционные явления на границе раздела фаз. Двойной электрический слой.
Детальное знание факторов, влияющих на скорость переноса электронов на электродах помогает лучше понять процесс получения электроэнергии в гальванических элементах, электропроводность металлов, полупроводников и электронных приборов микро- и нанометрового размера.
Эффективность используемых в настоящее время технологий может быть существенно улучшена при
совершенствовании методов производства электроэнергии
разработке новых методов защиты от коррозии
Оба этих направления развития требуют знаний о кинетике электродных процессов
Граница электрод-раствор
При погружении металла в раствор на их границе устанавливается равновесие, в результате чего возникает разделение зарядов в пространстве.
Говорят, что образовался двойной электрический слой (д.э.с.)
Образование двойного электрического слоя может быть вызвано разными причинами:
Смещением электронной плотности металла на границе
Адсорбцией ионов противоположного знака
Ориентацией молекул растворителя вблизи поверхности электрода
Специфической адсорбцией неэлектролитов из раствора
Разделение зарядов приводит к возникновению разности потенциалов между металлом и раствором (гальвани-потенциал)
7.1) Электрические и адсорбционные явления на границе раздела фаз. Уравнение Гиббса. Поверхностное натяжение (обратимая поверхностная работа). Двойной электрический слой.
При погружении металла в раствор на их границе устанавливается равновесие, в результате чего возникает разделение зарядов в пространстве.
Говорят, что образовался двойной электрический слой (д.э.с.)
Образование двойного электрического слоя может быть вызвано разными причинами:
Смещением электронной плотности металла на границе
Адсорбцией ионов противоположного знака
Ориентацией молекул растворителя вблизи поверхности электрода
Специфической адсорбцией неэлектролитов из раствора
Разделение зарядов приводит к возникновению разности потенциалов между металлом и раствором (гальвани-потенциал)
7.2) Электрокапиллярные явления, капиллярный электрометр. Уравнение липпмана.
7.3) двойной электрический слой. Его емкость. Импеданс.
7.4) Модели строения двойного электрического слоя. Теория гельмгольца, Гуи-Чепмена, Штерна. Современные представления
Модель Гельмгольца
Сольватированные противоионы прилегают к поверхности металла
Электрический потенциал линейно изменяется с расстоянием
Тепловое движение ионов, приводящее к их разупорядоченности, не рассматривается
Модель Гуи-Чепмена
Двойной электрический слой рассматривается аналогично ионной атмосфере иона в теории Дебая-Хюккеля (1-е приближение)
Электрический потенциал изменяется нелинейно с расстоянием
Упорядочение в д.э.с. недооценивается
Модель Штерна
Сочетает преимущества обоих подходов
Вблизи электрода расположение ионов упорядочено, как в модели Гельмгольца
На больших расстояниях расположение молекул рассматривается аналогично 2-му приближению теории Дебая-Хюккеля
Модель Грэма
Представляет собой развитие модели Штерна
К внешней плоскости Гельмгольца добавлена внутренняя плоскость Гельмгольца, которая представляет собой слой несольватированных противоионов, химически связанных с поверхностью электрода
ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ СТОЕНИЯ ДЭС. Было предпринято много попыток разработать теорию ДЭС, количественно согласующуюся с опытными данными (Райс, Фрумкин с сотр., Бокрис, Деванатхан, Есин, Мюллер, Парсонс, Эршлер и др.). Наибольшее признание получила модель Грэма (1947). Согласно Грэму, обкладка ДЭС, находящаяся в растворе, состоит не из двух, а из трех частей. Первая, считая от поверхности металла, называется внутренней плоскостью Гельмгольца; в ней находятся лишь поверхностно-активные ионы (заряд плоскости равен q1) либо, если их нет в растворе, молекулы растворителя (q1 = 0); потенциал ее, отнесенный к раствору, обозначается 1. Следующая, удаленная от поверхности металла на расстояние, до которого могут подходить ионы (центры их заряда), называется внешней плоскостью Гельмгольца; ее общий заряд равен q2, а потенциал плоскости 2. За внешней плоскостью Гельмгольца располагается диффузный слой с потенциалом, изменяющимся от 2 до нуля и с плотностью заряда, совпадающей с q2.