Электрохимическая коррозия металлов

Электрохимическая коррозия - разрушение металлов под действием окружающей среды, содержащей влагу, проводящей электрический ток.

Такая коррозия наблюдается в растворах электролитов, во влажной атмосфере с растворенными в ней газами, в почве и т.д.

Электрохимическая коррозия протекает по законам работы гальванического элемента, перенос электронов наблюдается от одного участка к другому.

Пример. Электрохимическая коррозия омедненного железа в кислой среде.

При таком контакте возникает гальванический элемент, в котором анодом служит железо, (j°_FeïFe²⁺ = - 0,44 В), а медь – катодом

(j°_CuïCu²⁺ = + 0,34 В), электролитом является соляная кислота – НСl.

Fe²⁺ HCl → H⁺+Cl^-

Сu

Fe nē нарушение покрытия

Схема гальванического элемента.

(-) FeïHClïCu (+)

Электродные процессы:

- Анод (Fe) Fe⁰ - 2ē ® Fe²⁺ процесс окисления

- Катод (Cu) 2H⁺ + 2ē ® H₂ процесс восстановления

Суммарная реакция:

Fe⁰ + 2H⁺ ® Fe²⁺ + H₂­

Образующийся водород частично удерживается пластинкой и катод поляризуется, т.е. происходит уменьшение его потенциала, ЭДС микрогальванического элемента снижается и процесс коррозии замедляется, а с течением времени прекращается совсем.

Если ввести кислород, то идет реакция:

2H⁺ + O₂ ® 2H₂O

Поляризация снижается и элемент снова начинает работать, т.е. пластинка железа будет коррозировать, разрушаться. Кислород является деполяризатором.

На практике наиболее часто встречается коррозия с водородной деполяризацией - катодным деполяризатором является ион водорода. H⁺ (pH < 7). В рассмотренном примере Fe/Cu в электролите HCl происходит водородная деполяризация и выделяется водород:

2H⁺ + 2ē ® H₂­

Таким образом, в кислой среде выделяется водород.

В нейтральных и щелочных средах (рН = 7, рН > 7) в катодных процессах важную роль играет растворенный кислород - более сильный окислитель, чем ионы водорода. Происходит кислородная деполяризация.

O₂ + 2H₂O + 4ē ® 4OH^-

Электрохимическая коррозия наблюдается и под действием газов, растворенных в воде, которые образуют электролит:

CO₂ + H₂O = H⁺ + HCO₃^- SO₂ + H₂O = H⁺ + HSO₃^-

Практически в этих случаях деполяризатором служит ион водорода который снимает электроны с катода, усиливая коррозию:

2H⁺ + 2ē ® H₂­

Наиболее распространенными являются следующие виды электрохимической коррозии: контактная и атмосферная.

а) контактная коррозия

Этот вид коррозии наблюдается в тех случаях, когда в контакте находятся разные металлы. Разрушается более активный металл с меньшим значением j°. Деполяризаторами являются ионы водорода электролитов: H₂CO₃, H₂SO₃, воды, а также кислород, растворенный в воде или в контакте с водой.

Примером контактной коррозии может служить разрушение омедненного железа.

б) атмосферная коррозия (аэрационная коррозия)

Очень часто коррозии подвергается однородный металл с неравномерной поверхностью. Разрушается тот участок, доступ кислорода к которому затруднен, т.е. анодный участок.

Катод при атмосферной коррозии обнаруживается по свободному доступу кислорода. Катод не разрушается.

Пример. Коррозия железного листа на воздухе.

2H₂O + O₂ + 4ē ® 4OH^-

^{ē ē}

OH^- OH^- Fe²⁺ OH^- OH^-

(+) K K(+)

Fe _ē A(-) _ē Fe

Схема гальванического элемента

(-) FeïH₂O + O₂ïFe (+)

Электродные процессы:

- Анод (Fe) Fe⁰ - 2ē ® Fe²⁺ процесс окисления

- Катод (Fe) 2H₂O + O₂ + 4ē ® 4OH^- процесс восстановления

Суммарная реакция:

Fe²⁺ + 2OH^- ® Fe(OH)₂

Гидроксид железа (II) в присутствии воды и кислорода воздуха окисляется до гидроксида железа (III)

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ ® 4Fe(OH)₃

Fe²⁺ - 1ē ® Fe³⁺ 2 4

O⁰ + 2ē ® O^2- 1 2

Fe(OH)₃ отщепляет воду, образуется соединение соответствующее по составу бурой ржавчине:

Fe(OH)₃ = FeOOH + H₂O 2FeOOH = Fe₂O₃ ^. H₂O

Как видно на примере, деполяризатором атмосферной коррозии, как правило, является кислород.

8.6.3. Защита металлов от коррозии

Методы защиты металлов от коррозии разнообразны. Сущность всех методов - изоляция поверхности металлов от среды.

Различают следующие способы защиты металлов от коррозии:

а) защитные покрытия металлов

неметаллические металлические

(лаки, краски, эмали и др.) Анодное Катодное

б) создание сплавов с антикоррозионными свойствами.

в) электрохимические методы: протекторная, катодная, анодная.

г) изменение состава среды. Ингибиторы.

Примеры:

а) коррозия оцинкованного железа при нарушении покрытия.

Оцинкованное железо подвергается контактной коррозии. Анодом служит цинк, катодом - железо. Электролитом в атмосфере может быть кислород и вода (кислородный деполяризатор), раствор CO₂ в воде и др.

Для объяснения коррозии составляется гальванический элемент:

(-) ZnïH₂O + O₂ïFe (+)

Электродные процессы:

- Анод (Zn) Zn⁰ - 2ē ® Zn²⁺ окисление

- Катод (Fe) 2H₂O + O₂ + 4ē ® 4OH^- восстановление

Zn²⁺ + 2OH^- = Zn(OH)₂

б) объяснить защитное действие магниевого протектора на корпусе корабля (железо).

Как и в предыдущем случае составляется схема гальванического элемента:

(-) MgïH₂O ^. CO₂ïFe (+)

Электродные процессы:

- Анод (Mg) Mg⁰ - 2ē ® Mg²⁺ окисление

- Катод (Fe) 2H₂O + O₂ + 4ē ® 4OH^- восстановление

Mg²⁺ + 2OH^- = Mg(OH)₂

Таким образом, защитное действие магния заключается в том, что магний подвергается коррозии, беря на себя роль анода, а стальной корпус служит катодом, который в процессе коррозии не разрушается, он является носителем электронов.

8.6.4. Индивидуальные задания по теме «Коррозия металлов»

Задание 1

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента, работающего на воздухе при коррозии железного листа с медными заклепками?

2. Составить схему гальванического элемента, образующегося при коррозии деталей из сплава железа с деполяризатором: H₂O + SO₂.

3. Найти анод и катод при возможной коррозии кабеля в различных участках грунта:

H2O болото

Задание 2

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента, работающего на воздухе при коррозии омедненного железа?

2. В каком случае коррозия железа будет происходить быстрее: при нарушении покрытия луженого или оцинкованного железа? Привести схему работы микрогальванопар.

3. Составьте электронные уравнения процессов коррозии железа, находящегося во влажном воздухе в контакте с хромом.

Задание 3

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии никелированных деталей с кислородным деполяризатором при нарушении покрытия?

2. Составить схему гальванического элемента, образующегося при коррозии сплава цинка с медью. Деполяризатором служит электролит: H₂O + CO₂.

3. Найти анод и катод при коррозии трубопровода в различной среде:

I II

рыхлый грунт плотный грунт

Ответ обозначить римскими цифрами I или II.

Задание 4

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии железного листа на воздухе?

2. Составить схему гальванического элемента, работающего при коррозии оцинкованного железа с кислородным деполяризатором. Написать уравнения процессов на электродах.

3. Найти катод и анод при коррозии железа под каплей жидкости:

H₂O + O₂

Fe Fe

Задание 5

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента, работающего при коррозии протектора на стальном корпусе?

2. Составьте схему гальванического элемента, образующегося при коррозии свинцового кабеля с почвенным электролитом:

Н₂О + соли.

3. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии алюминиевого листа с медной заклепкой на воздухе?

Cu Al

Al

Задание 6

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии свинцового кабеля под действием блуждающих токов?

2. Составить электрохимическую схему гальванического элемента, работающего при коррозии листа железа на воздухе

3. Найти анод и катод при коррозии емкости из железного листа, содержащего жидкость, перемешиваемую вентилятором:

II III

I

Ответ обозначить римскими цифрами I, II или III.

Задание 7

1.Найти анод и катод при коррозии рельса под действием блуждающих токов:

Источник токов

II IV

I III

1. Найти анод и катод при коррозии емкости с цинковым протектором:

Fe (II)

Zn (I)

Fe (IV)

Fe (III)

Ответ обозначить римскими цифрами: I, II, III, IV.

2. Составить схему гальванического элемента, образующегося при коррозии сплава железа в контакте с влажным воздухом. Написать реакции, идущие на электродах.

Задание 8

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента, работающего при коррозии хромированного железа с водородным деполяризатором при нарушении покрытия:

2. Составить схему гальванического элемента, образующегося при коррозии оксидированного листа алюминия при нарушении покрытия.

3. Найти анод и катод при коррозии трубопровода под действием блуждающих токов:

Источник токов

II IV

I III

Задание 9

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии двух листов железа, склепанных алюминиевыми заклепками, с кислородным деполяризатором?

2. Найти анод и катод при коррозии трубопровода в разном грунте:

глина (I) песок (II)

Ответ обозначить римскими цифрами I, II.

3. Составить электрохимическую схему гальванического элемента, работающего при коррозии луженого железа с деполяризатором H₂O.

Задание 10

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии сплава железа с медными включениями в присутствии влаги, содержащей Н⁺?

2. Составить схему гальванического элемента, работающего при коррозии корпуса корабля на участке с Zn –протектором. Электролит: морская вода.

3. Найти анод и катод при коррозии свинцового кабеля под действием блуждающих токов:

Источник токов

II III

I Pb IV

Ответ обозначить римскими цифрами: I, II, III, IV.

Задание 11

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента, работающего при коррозии сплава железа при нарушении цинкового покрытия?

2. Составить электрохимическую схему гальванического элемента, образующегося при коррозии луженого железа при нарушении покрытия с кислородным деполяризатором.

3. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии листа железа на воздухе?

Задание 12

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента работающего при коррозии трубопровода в грунте?

2. Составить схему гальванического элемента, образующегося при коррозии железного листа с неровной поверхностью.

3. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента, работающего при коррозии нефтепровода в грунте?

Задание 13

1. Какие процессы пойдут на электродах при коррозии железа, покрытого медью при нарушении покрытия?

2. Написать электрохимическую схему гальванического элемента, возникающего при коррозии магниевого протектора, защищающего сваи моста.

3. Найти анодный и катодный участки при коррозии железа на воздухе:

I II

Fe III Fe

Ответы обозначить римскими цифрами: I,II, III.

Задание 14

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии луженого железа?

2. Написать электрохимическую схему гальванического элемента, образующегося при коррозии металлической емкости, перевозящей НСl без коррозионной защиты.

3. Найти анод и катод при коррозии трубопровода под действием блуждающих токов:

Источник токов

III IV

I II

Ответ обозначить римскими цифрами: I, II, III, IV.

Задание 15

1. Какие процессы пойдут на электродах гальванического элемента при коррозии оцинкованного железа, при нарушении покрытия?

2. Написать электрохимическую схему гальванического элемента, образующегося при коррозии железа под каплей жидкости.

3. Найти анод и катод при коррозии железной крыши при нарушении покрытия:

H₂O + O₂ III Zn

Fe I Fe II

Ответ обозначить римскими цифрами: I, II, III.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: