Электрохимическая коррозия металлов

Определение. Коррозия это разрушение металлов в результате физико-химического взаимодействия их с компонентами окружающей среды. Электрохимическая коррозия наблюдается в случае электрического контакта двух различных металлов с раствором электролита (рис. 2). При этом возникают микроскопические гальванические элементы (гальванические пары).

Рис. 1. Электрохимическая коррозия магния при контакте с железом в растворе с рН < 7 (а) и рН ≥ 7 (б).

 

В качестве примера рассмотрим электрохимическую коррозию магния при контакте с железом (рис. 2). Определим по таблице (Приложение 1) стандартные потенциалы магния и железа

; .

Так как стандартный потенциал магния меньше, в паре с железом он будет анодом, магний окисляется, ионы магния переходят в раствор. Поверхность железа является катодом, в кислой среде (рН < 7) протекает реакция (6) и выделяется газообразный водород, в нейтральной среде (рН ≥ 7) восстанавливается кислород согласно схеме (7).

Анодный процесс. При электрохимической коррозии анодным процессом всегда является окисление металла, с меньшим стандартным потенциалом.

В результате происходит растворение металла и переход его в раствор, анод приобретает отрицательную полярность (рис. 2).

Катодный процесс. Электроны, освободившиеся на аноде, перемещаются к катодному участку, имеющему больший потенциал. Электроны расходуются в процессе восстановления каких-либо ионов или молекул (деполяризация). В зависимости от состава электролита различают водородную деполяризацию при рН < 7

(6)

 

и кислородную деполяризацию при рН ≥ 7

 

(7)

 

Опыт 1. Электрохимическая коррозия при образовании гальванических пар

Реактивы и оборудование. Гранулированный цинк (х.ч.); медная проволока; железная пластина покрытая цинком; железный стержень покрытый оловом (луженый); раствор H₂SO₄ 2,0 н; раствор гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆] 0,5 М.

а) Взаимодействие цинка с серной кислотой в отсутствие и в присутствии меди

Выполнение работы. Внести в пробирку 1/4 ее объема раствора 2 н H₂SO₄ и 1 гранулу цинка. Отметить выделение водорода на поверхности цинка. Прикоснуться зачищенной медной проволокой к кусочку цинка в пробирке. Отметить изменение интенсивности выделения водорода. На каком металле он выделяется?

Запись данных опыта. Зарисовать схему опыта, записать наблюдения за протеканием реакций.

1. Определить стандартные потенциалы меди и цинка (табл. П. 1)

2. Указать катод и анод; их заряды; записать уравнения катодного и анодного процессов.

3. Составить схему электрохимической коррозии при контакте цинка и меди в растворе кислоты (см. рис. 2).

б) Коррозия оцинкованного и луженого железа

Выполнение работы. В две пробирки налить на 1/2 их объема дистиллированной воды. В каждую добавить по 2 – 3 капли 2 н серной кислоты и гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆]. Растворы перемешать.

В первую пробирку опустить пластину оцинкованного железа, во вторую – луженого. Отметить изменение окраски растворов.

  Запись данных опыта. Зарисовать схему опыта, записать наблюдения за протеканием реакций. Учесть, что гексацианоферрат является индикатором наличия в растворе либо ионов Zn²⁺, либо Fe²⁺.

, выпадает белый осадок;

, синее окрашивание раствора.

 Сделать письменный вывод, какой из металлов окисляется при коррозии, и переходит в раствор.

1. Определить стандартные потенциалы железа, олова и цинка (табл. П. 1)

2. Указать катод и анод; их заряды; записать уравнения катодного и анодного процессов для гальванических пар жлезо-цинк и железо-олово.

3. Составить схемы электрохимической коррозии при контакте цинка и железа, а также олова и железа в растворе кислоты (см. рис. 2).