3.1.2 Способы выражения состава растворов

Приведем наиболее часто применяемые на практике концентрации растворов.

Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества к массе раствора:

ω(x) = .

(3.1)

Массовая доля выражается в долях от единицы или в процентах (в долях от ста). Процентная концентрация показывает, сколько граммов растворённого вещества содержится в 100 г раствора. Например: ω(Н₂SО₄) = 0,3 или 30 % Н₂SО₄, т.е. в 100 г раствора содержится 30 г Н₂SО₄.

Мольная доля (N) – отношение количества молей растворенного вещества к общему числу молей раствора. В случае двухкомпонентного раствора формула имеет вид:

N(х) .

(3.2)

Мольная доля показывает, сколько молей растворенного вещества приходится на один моль раствора. Например,

N(Н₂SО₄) = 0,2, т.е. на один моль раствора приходится 0,2 моль Н₂SО₄.

Массовая и мольная доли являются безразмерными величинами.

Молярная концентрация (С) – отношение количества молей растворенного вещества к объему раствора:

С(х) .

(3.3)

Сокращенное обозначение молярной концентрации – М. На практике молярную концентрацию выражают обычно в моль/л. Например:

С(Н₂SО₃) = 0,2 моль/л или 0,2 М Н₂SО₃, т.е. в одном литре раствора содержится 0,2 моль Н₂SО₃. В случае равновесной молярной концентрации будет применяться следующая запись: [Н₂SО₃].

С(fэкв.(х)х) .

(3.4)

Молярная концентрация эквивалента С(fэкв.(х)х) или нормальная концентрация (н) – отношение количества моль эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:

Например, С(1/2 Н₂SО₄ ) = 0,4 моль экв./л или 0,4 н Н₂SО₄, т.е. в одном литре раствора содержится 0,4 моль эквивалента Н₂SО₄.

Моляльная концентрация (Сm) – отношение количества молей растворенного вещества к 1 кг растворителя:

Cm(х) .

(3.5)

Например, С_m(Н₂SО₄) = 0,3 моль/кг, т.е. на 1 кг растворителя приходится 0,3 моль Н₂SО₄.

Массовые концентрации (массовая доля, моляльная) не зависят от температуры. В случае применения в формуле объема концентрация раствора будет зависеть от температуры, поэтому её относят к определенной температуре.

9 Коррозия металлов

Коррозия – процесс окисления металла под воздействием окружающей среды. Наибольший вред от коррозии приходится на долю основного конструкционного металла – железа. Безвозвратные потери металлов от коррозии составляют примерно 10÷15 % мировой продукции стали. Но еще больший вред связан не с потерей металла, а с порчей изделий. Таким образом, борьба с коррозией является важной народнохозяйственной задачей.

9.1 Виды и типы коррозии

По характеру разрушения металла применяется следующая классификация видов коррозии:

1) равномерная; 2) пятнами; 3) точечная;

4) вглубь металла (язвенная); 5) растрескивающаяся;

6) селективная – разрушается отдельный вид кристаллической структуры металла;

7) межкристаллитная – разрушаются связи между отдельными кристаллами. Является наиболее опасным видом коррозии, так как в результате данной коррозии резко ухудшаются механические характеристики металла, но внешне это почти не обнаруживается.

В зависимости от механизма окисления металла различают следующие типы коррозии:

1) химическая; 2) гальванокоррозия; 3) электрокоррозия.

Химическая коррозия протекает в жидкостях, не проводящих электрический ток, и в газовых средах.

Газовая коррозия протекает при высоких температурах. Среди газовых сред самые распространенные O₂, SO₂, Cl₂, H₂O, H₂S, оксиды азота и другие.

Данный тип коррозии можно описать посредством следующих реакций:

4Fe + 3O₂ ® 2Fe₂O₃, Fe + H₂O ® FeO + H₂, Fe + CO₂ ® FeO + CO и т.д.

Для ряда металлов, например, алюминия, свинца и др., при окислении кислородом поверхности образуется прочная оксидная пленка, препятствующая дальнейшему окислению металла, в результате этого металл становится «пассивным», т.е. устойчивым в данной среде.

Гальванокоррозия – это коррозия металлов по типу гальванического элемента. Протекает тогда, когда создаются условия для работы гальванического элемента. Гальванокоррозию можно разделить на микрогальванокоррозию и контактную коррозию.

Микрогальванокоррозия – протекает в деталях, включающих кристаллы металлов с различной электрохимической активностью. В реальных условиях химически чистые металлы применяются редко, они обычно включают примеси, естественные или искусственно введенные (например, в сплавах). При контакте с электролитом, например, влагой, между кристаллами различных металлов возникает разность потенциалов и, если в растворе имеется потенциальный окислитель, то протекает электрохимический процесс, при котором окисляется металл с меньшим электродным потенциалом.

Контактная коррозия – протекает в конструкции, включающей находящиеся в контакте металлы с различной электрохимической активностью и находящейся в среде электролита.

Рассмотрим различные варианты гальванокоррозии металлов. Наиболее часто на практике встречается гальванокоррозия чугуна в нейтральной и кислой средах, контактная коррозия железа, а также коррозия вследствие неравномерной аэрации. Составим схемы и опишем работу соответствующих гальванических элементов.

1) Гальванокоррозия чугуна в нейтральной среде.

Схема соответствующего гальванического элемента имеет вид:

(A)Fe | О₂, Н₂О | С(К).

В данной гальванопаре железо имеет меньшее значение φ, поэтому будет анодом.

Составим уравнения анодного и катодного процессов:

A) Fe – 2е = Fe²⁺,

К) О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^–.

Образующиеся ионы обеспечивают проводимость во внутренней цепи по реакции Fe²⁺ + 2ОН^– = Fe(OH)₂.

В присутствии кислорода протекает следующие вторичные реакции:

4Fe(ОH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃,

Fe(OH)₃ = FeOOH (ржавчина) + Н₂О.

2) Гальванокоррозия чугуна в кислой среде.

(A) Fe | НС1, О₂, Н₂О | С (К).

A) Fe – 2e = Fe²⁺,

К) 2Н⁺ + 2е = Н₂ .

Fe²⁺ + 2Сl^– = FeCl₂,

FeCl₂ + 2Н₂О = Fe(OH)₂ + 2НС1 (гидролиз),

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃ , Fe(OH)₃ = FeOOH + Н₂О.

3) Контактная коррозия железа и меди в нейтральной среде.

(A)Fe | О₂, Н₂О | Сu(К).

В данной гальванопаре железо будет анодом.

A) Fe – 2е = Fe²⁺, К) О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^–.

Fe²⁺ + 2ОН^– = Fe(OH)₂. 4Fe(ОH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃,

Fe(OH)₃ = FeOOH (ржавчина) + Н₂О.

4) Коррозия при неравномерной аэрации возникает в том случае, когда

деталь находится в растворе электролита, но доступ кислорода к различным

частям металла неодинаков. Коррозии подвергается та часть детали, доступ кислорода к которой минимален. Химизм данной коррозии согласуется с приведенными выше схемами.

Из приведенных примеров видно, что исходным продуктом коррозии является Fe²⁺ , которое под действием кислорода воздуха далее окисляется до Fe³⁺ (Fe(OH)₃). Гидроксид железа(III) термически нестоек и поэтому распадается на оксидгидроксид железа(III) и воду.

Электрокоррозия возникает, когда металлическая конструкция находится в среде электролита и расположена вблизи источника электрической энергии. Часть электрического тока вследствие утечки попадает на металлическую конструкцию и приводит к электрохимическому разрушению конструкции по типу электролиза.