7.2. Взаимодействие металлов с водой и растворами щелочей

Реакции взаимодействия металлов с водой в общем виде описываются схемой

M + H₂O  M(OH)_n + H₂.

Red Ox

Полуреакция восстановления катиона водорода в составе воды (окислителя):

2H₂O + 2ē = H₂ + 2OH^, .

Следовательно, реагировать с водой могут те металлы, потенциал которых менее 0,41 B. Практически в воде растворяются щелочные и щелочноземельные металлы, а такие металлы, как алюминий, цинк, хром, титан, с водой не реагируют из-за явления пассивации.

В растворах щелочей окислительное действие оказывают также молекулы воды, но с увеличением pH окислительная способность воды уменьшается, при pH = 14 . Другое отличие поведения металлов в растворах щелочей обусловлено растворением пассивирующих плёнок на металлах, оксиды которых амфотерны. В результате алюминий, цинк, олово растворяются в щелочах с образованием водорода и соответствующих солей, к примеру:

2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂.

При рассмотрении процессов коррозии металлов следует иметь в виду следующее: даже если металл начинает корродировать, это не значит, что он полностью окислится. В тех случаях когда на поверхности металла образуются нерастворимые и беспористые продукты коррозии (оксиды, гидроксиды), процесс тормозится, металл практически не подвергается коррозионному разрушению, происходит пассивация. К примеру, алюминий практически не реагирует с водой из-за образования на его поверхности нерастворимой оксидной плёнки, хотя реакция возможна, исходя из сравнения потенциалов: , , т.е. > .

Когда продукт коррозии растворим в данной среде или механически непрочен, металл практически неустойчив в данных условиях.

7.3. Химическая и электрохимическая коррозия

По механизму протекания различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия происходит в том случае, когда окисление металла и восстановление деполяризатора происходят при их непосредственном контакте. Этот механизм реализуется в сухих газах, жидкостях, не проводящих электрический ток. Гораздо чаще встречается второй вид - электрохимическая коррозия (ЭХК).

ЭХК проходит в присутствии токопроводящей среды (например, раствора электролита), при этом процессы окисления металла (анодный процесс) и восстановления деполяризатора (катодный процесс) пространственно удалены друг от друга. В разультате механизм ЭХК аналогичен процессу, протекающему в короткозамкнутых гальванических элементах. Для того чтобы коррозия осуществлялась по электрохимическому механизму, необходимо выполнение двух условий: наличия токопроводящего слоя раствора электролита и разности потенциалов на корродирующей поверхности. Первое условие реально встречается очень часто (на поверхности металла практически всегда есть хотя бы тонкий слой влаги). Второе условие также реализуется практически всегда: в реальных условиях корродируют технические металлы, содержащие различные металлические и неметаллические примеси (наибольшая разность потенциалов возникает при контакте разных металлов). Пару металлов (М₁ и М₂), находящуюся в среде электролита, называют гальванопарой и обозначают М₁/ М₂.

Анодный процесс происходит на участках изделий с меньшим потенциалом в данной среде. Анодные участки корродируют (разрушаются).

Катодный процесс происходит на участках изделий с большим потенциалом в данной среде. Катодные участки химически не изменяются. Они служат проводниками электронов от анодных участков к окислителю, чем усиливают коррозию анодных участков.

Коррозию с участием наиболее распространённых окислителей - растворённого кислорода или ионов водорода соответственно называют коррозией с кислородной или водородной деполяризацией.

Пример. Рассмотрим процессы, происходящие при нарушении сплошности оцинкованного покрытия железа (точнее, углеродистой стали) во влажном воздухе.

Решение. При нарушении сплошности покрытия образуется гальванопара Zn/Fe, основные окислители во влажном воздухе – вода и кислород. Рассмотрим процесс коррозии с кислородной деполяризацией:

 Выписываем потенциалы металлов в нейтральной среде из табл. 4: .