Читайте также:
|
|
Коррозия - это процесс самопроизвольного разрушения металла под действием окружающей среды, протекающий на границе раздела фаз. Коррозия является окислительно-восстановительной реакцией, протекающей на поверхности металла. Металлы при коррозии окисляются, а вещества, в контакте с которыми протекает коррозия (кислород воздуха, газы, вода, растворы электролитов, органические вещества), восстанавливаются.
С точки зрения химии, различают:
1) химическую коррозию,
2) электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия - это окислительно-восстановительный процесс, протекающий в отсутствие электролитов. Этот процесс протекает при высоких температурах в контакте с газами или парами, а также в неводных (органических) средах.
Например, окисление железа при температурах выше 2500С
2 Fe – 2e = Fe2+ реакция окисления
1 O2 + 4e = 2O-2 реакция восстановления
2Fe + O2 = 2FeO
Химическая коррозия – гетерогенная окислительно–восстано-вительная реакция, сопровождающаяся передачей электронов от восстановителя к окислителю. На поверхности металла образуется слой оксида металла. Скорость коррозии определяется скоростью диффузии окислителя через пленку оксида. Скорость коррозии растет с повышением температуры и концентрации окислителя.
Электрохимическая коррозия – это окислительно–восстано-вительный процесс, протекающий в среде электролита. Электрохимическая коррозия – гетерогенная окислительно-восстановительная реакция, сопровождающаяся, кроме передачи электронов (химический процесс), переносом электронов (электрический процесс).
Электрохимическая коррозия возникает при контакте с электролитом двух металлов различной активности. Это возможно при сочетании в одном узле деталей из металлов различной активности (рис.1.а) или использовании деталей, изготовленных из сплава типа механической смеси (рис. 1.б).
При контакте металлов различной активности (железо – алюминий) более активный металл – алюминий (анод) окисляется и посылает электроны менее активному металлу – железу (катоду). Атомы металлов не способны связывать электроны (низкая электроотрицательность). В результате перехода электронов с анода на катод происходит выравнивание потенциалов, и процесс останавливается.
Однако, если конструкция из разных металлов находится в среде электролита, то реагенты окружающей среды способны принимать электроны. Возникает гальванический элемент, в котором более активный металл (анод) окисляется, электроны перемещаются по металлу к менее активному металлу (катоду) /направленное движение электронов/, на поверхности которого протекает процесс восстановления реагентов электролита.
Al а Fe б Zn
Pb
Рис. 1: а - узел, изготовленный из деталей разных металлов;
б - сплав из металлов типа механической смеси.
Реагенты (окислители), которые восстанавливаются, при электрохимической коррозии называют катодными деполяризаторами.
В водной среде электрохимическая коррозия может протекать с участием ионов водорода (водородная деполяризация):
2H + + 2e = H2
2H2O + 2e = H2 + 2OH-
или с участием кислорода, связываемого ионами водорода из воды (кислородная деполяризация):
O2 + 2H2O + 4e = 4OH-.
Характер процесса деполяризации при электрохимической коррозии зависит от среды, в которой протекает коррозия (кислой, нейтральной и щелочной).
При коррозии в кислой среде происходит водородная деполяризация на катоде. Коррозия конструкции, содержащей алюминий – железо, в среде хлороводородной кислоты происходит следующим образом:
e0Al/Al3+ = –0,76В, e0Fe/Fe2+ = –0,44В.
(А) Al / HCl / Fe (К)
Алюминий, как более активный металл (более низкое значение электродного потенциала окисления), в образовавшемся гальваническом элементе окисляется (анод). Электроны переходят на менее активный металл – железо (катод), где происходит водородная деполяризация.
А 2 Al – 3e = Al3+ реакция окисления
К 3 2H+ + 2e = H2 реакция восстановления
2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2
или в молекулярном виде
2Al + 6HСl = 2AlCl3 + 3H2.
При коррозии в нейтральной среде (pH = 7) в отсутствие растворенного кислорода также происходит водородная деполяризация на катоде
(А) Al / H2O / Fe (К)
А 2 Al – 3e = Al3+ реакция окисления
К 3 2H2O + 2e = H2 + 2OH- реакция восстановления
2Al + 6H2O = 2Al3+ + 3H2 + 6OH-
или в молекулярном виде
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2.
При коррозии в нейтральной среде (pH = 7) в присутствии растворенного кислорода или в щелочной среде (pH > 7) происходит кислородная деполяризация на катоде
(А) Al /O2+H2O/ Fe (К)
А 4 Al – 3e = Al3+ реакция окисления
К 3 O2 + 2H2O + 4e = 4OH- реакция восстановления
4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al3+ + 12OH-
или в молекулярном виде
4Al + 3O 2 + 6H2O = 4Al(OH)3.
Возможность протекания электрохимической коррозии рассчитывается по Э.Д.С. электрохимического процесса
Э.Д.С. = e восстановления – e окисления.
Если Э.Д.С. имеет положительное значение, то коррозия возможна. Скорость коррозии теоретически тем выше, чем больше Э.Д.С. процесса.
Э.Д.С. электрохимической коррозии (скорость коррозии) определяется средой (электродным потенциалом восстановления окислителя) и активностью металла (электродным потенциалом окисления восстановителя).
Электродный потенциал процесса восстановления в зависимости от среды:
2H+ + 2e = H2 при pH = 1 e02H+/H2 = 0,00В
сильнокислая среда
2H2O + 2e = H2 + 2OH- при pH = 7 e0H2O/H2 = –0,41В
нейтральная среда
O2 + 2H2O + 4e = 4OH- при pH = 7 e0O2/OH- = +0,80В
нейтральная среда
при pH > 12 e0O2/OH- = +0,40В
сильнощелочная среда
Для одного и того же металла скорость коррозии будет возрастать: нейтральная среда в отсутствии растворенного кислорода – кислая среда – щелочная среда и нейтральная среда в присутствии растворенного кислорода.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 307 | Нарушение авторских прав