Читайте также:
|
Лабораторная работа № 13
Цель: изучение условий возникновения коррозионных микроэлементов, их моделей, а так же влияния различных факторов на скорость электрохимической коррозии металлов.
Оборудование: металлические пластины – стальная, свинцовая, медная, цинковая, алюминиевая, нержавеющей стали; ферроксилининдикатор, бумажный фильтр, наждачная бумага, U-образная трубка, милливольтметр, хлорид натрия (кристаллический), 0,1 М раствор H2SO4, раствор сульфата меди (II), раствор K3[Fe(CN)6], конц. HNO3, 2н раствор HCI, 0,4 М раствор уксусной кислоты, раствор иодида калия, раствор 3% NaCI, раствор для воронения (на 1 литр 600 г NaOH и 60 г NaNO2), пробирки, дистиллированная вода.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ
Коррозией называют процесс разрушения металла в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды. Скорость коррозии выражают либо через потерю массы образца в единицу времени на единицу площади поверхности, либо через уменьшение толщины металла в единицу времени.
По характеру разрушения металла различают равномерную и местную коррозию. Равномерная коррозия распределяется по всей поверхности металла, а местная коррозия сосредоточена на отдельных участках
По механизму коррозионного процесса различают химическую или электрохимическую коррозию. Химическая коррозия характерна для сред не проводящих электрический ток. В процессе химической коррозии происходит прямое взаимодействие металла с окислителем.
Электрохимическая коррозия возникает в средах, обладающих ионной проводимостью. В этом случае процесс коррозии является анодным растворением металла под влиянием катодного восстановления окислителя. Наиболее распространенными окислителями в коррозионном процессе являются ионы водорода и молекулы кислорода. Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода или коррозией с водородной деполяризацией. В наиболее простом виде электродные процессы могут быть представлены уравнениями:
Me - ne- → Men+
2H+ +2e → H2
Коррозия с выделением водорода возможна, если потенциал водородного электрода положительнее потенциала металла. Скорость коррозии в этом случае определяется скоростью реакции выделения водорода, зависящей от природы металла и вида поверхности, на которой выделяется водород. Скорость коррозии зависит так же от рН и температуры раствора, с которым реагирует металл
Коррозия с участием кислорода называется коррозией с поглощением кислорода или коррозией с кислородной деполяризацией. В наиболее простом виде электродные процессы могут быть представлены уравнениями:
Me - ne- → Men+
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH–
Коррозия с поглощением кислорода возможна, если потенциал кислородного электрода положительнее потенциала металла. Скорость коррозии в этом случае обычно определяется скоростью диффузии кислорода и возрастает при перемешивании раствора и увеличении концентрации растворенного кислорода.
На основе понимания механизма электрохимической коррозии разработаны разнообразные способы борьбы с ней.
Легирование – это введение в состав сплава компонентов, повышающих устойчивость металлов к коррозии. Например, в качестве легирующих добавок к железу применяют никель и хром (нержавеющая сталь).
В некоторых случаях скорость коррозии лимитируется анодными реакциями. Обычно это наблюдается у металлов способных к пассивации, таких как алюминий, титан, хром, никель, тантал и др. Пассивностью металла называют состояние повышенной коррозионной устойчивости, вызываемое торможением анодного процесса. Пассивация обычно обусловлена образованием на поверхности металла защитных пленок.
Поверхность металла можно защитить покрытиями, которые бывают нескольких видов:
- неметаллические покрытия (лаки, краски, эмали);
- покрытия, образующиеся в результате химической обработки поверхности металла (например, воронение стали);
- металлические покрытия, которые подразделяются на анодные (покрытие более активным металлом, образующим устойчивые к коррозии оксидные пленки) и катодные (покрытие менее активным металлом).
При повреждении анодного покрытия будет анодно растворяться само покрытие, а не основной металл. При повреждении катодного покрытия растворяется основной металл, а не металл покрытия.
В некоторых случаях в коррозионную среду вводят ингибиторы (замедлители) коррозии.
Электрохимическая защита применяется в средах с хорошей ионной проводимостью, например, морская вода, почва. Существует несколько видов электрохимической защиты:
- протекторная защита – присоединение к защищаемому изделию большого листа из более активного металла, который выступает в качестве анода и окисляется, материал изделия выступает в роли катода, он защищен от коррозии;
- катодная защита – защищаемая деталь присоединяется к отрицательному полюсу внешнего источника тока и становится катодом, в качестве анода используются куски железа, которые присоединяются к положительному полюсу источника тока, при этом подвергаясь анодному окислению;
- анодная защита – защищаемое изделие подключается к положительному полюсу внешнего источника тока, при этом происходит пассивация защищаемого металла.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ
Опыт 1: Электрохимическая неоднородность поверхности стали
Для проведения опыта зачистите стальную пластинку наждачной бумагой, промойте проточной водой и высушите фильтровальной бумагой. Затем положите на пластинку бумажный фильтр, смоченный ферроксилининдикатором (100 мл Н2О + 3 г NaCI + K3[Fe(CN)6] + несколько капель фенолфталеина).
Через 2-3 минуты опишите изменение цвета фильтровальной бумаги, форму и распределение пятен. Объясните наблюдения и, используя значения потенциалов электродных реакций запишите уравнения этих реакций.
Опыт 2: Влияние природы контактирующих металлов на скорость коррозии железа
В U-образную трубку залейте на 1/2 объема 0,1 М раствор серной кислоты. Металлические пластины тщательно зачистите и промойте дистиллированной водой. В одно колено трубки поместите стальную пластинку во второе медную. С помощью милливольтметра определите напряжение элемента. Повторите опыт со свинцовой пластинкой.
При оформлении результатов опыта запишите уравнения катодного и анодного процессов, а также суммарное уравнение реакции. Приведите схему коррозионного элемента.
Опыт 3: Активирующее действие ионов хлора
В две пробирки налейте (1/2 объема) раствор сульфата меди, подкисленный серной кислотой. В одну из пробирок добавьте хлорид натрия. Затем в обе пробирки поместите алюминиевую проволочку. Наблюдайте, в какой из пробирок интенсивнее выделяется газ.
Запишите уравнения анодного катодного и суммарного процессов, приведите схему коррозионного элемента. Объясните механизм влияния ионов хлора на скорость реакции.
Опыт 4: Обнаружение микрогальванических элементов на поверхности металлов.
Железную пластинку тщательно зачистить наждачной бумагой, промыть водой и высушить полоской фильтровальной бумаги. На поверхность пластинки нанести пипеткой в разных местах две капли 3% раствора NaCI.
С помощью милливольтметра обнаружить наличие электрического тока. Для этого необходимо одним электродом прикоснуться к поверхности пластинки под каплей, а другим прикоснуться к поверхности соседней капли. Повторить опыт с алюминиевой и цинковой пластинками. Дать объяснение о причинах возникновения электрического тока.
Опыт 5: Оксидирование железа (воронение).
Железную пластинку (гвоздь) зачистить наждачной бумагой, закрепить на тонкой проволоке и протравить в соляной кислоте (1:1), затем промыть водой. В стаканчике нагреть 100 мл раствора, содержащего на 1 литр 600 г NaOH и 60 г NaNO2 и опустить в него подготовленный железный образец. Через 10-15 минут извлечь его из рабочего раствора, промыть водой и наблюдать появление на поверхности вороной окраски.
Опыт 6: Легирование металла
В две пробирки налейте (1/2 объема) воды и добавьте 2-4 мл раствора серной кислоты и 2-4 капли раствора K3[Fe(CN)6]. В одну пробирку поместите зачищенную наждачной бумагой и промытую водой стальную пластинку, а в другую – пластинку из нержавеющей стали (незачищенную). Отметьте изменение цвета раствора через 5 минут и количество выделяющихся пузырьков газа в единицу времени.
Объясните причину различного поведения пластинок в растворе кислоты.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 78 | Нарушение авторских прав