Корозія металів. Методи захисту від корозії

Теоретична частина. Корозія – це окисно-відновний процес руйнування металів у результаті їх фізико–хімічної взаємодії з навколишнім середовищем, який протікає самовільно. Залежно від природи хімічних процесів, які лежать в основі руйнування металу, розрізняють такі типи корозії: хімічну, електрохімічну і електрокорозію.

Хімічна корозія проходить у відсутності електроліту під дією навколишнього середовища, температури. Вона поділяється на газову, високотемпературну і корозію в неводних середовищах.

Електрохімічна корозія – окисно-відновні процеси, які проходять у присутності електроліту і виникають внаслідок різниці електродних потенціалів між різними за активністю металами за рахунок виникнення великої кількості мікроскопічних гальванічних пар. Процес корозії супроводжується переміщенням електронів від більш активного металу (анод) до менш активного (катод) і призводить до руйнування більш активного металу. Електрохімічна корозія спостерігається також, коли на поверхні одного і того самого металу є ділянки, які відрізняються за своїми хімічними і фізичними властивостями. Розрізняють корозію з водневою та з кисневою деполяризацією. Воднева деполяризація 2H⁺ + 2 ē = H₂ переважно спостерігається в кислому середовищі (pH < 7). Поширеною є корозія з кисневою деполяризацією. У нейтральних і лужних розчинах (pH 7) на катоді відбувається такий процес: О₂+ 4ē + 2Н₂О = 4ОН^–

Залежно від середовища, в якому відбувається електрохімічна корозія, розрізняють атмосферну корозію, корозію в електролітах і ґрунтову корозію. Розглянемо електрохімічну корозію на прикладі корозії заліза.

Якщо корозія відбувається в розчині кислоти (рН<7), то відбуваються такі реакції: Анодний процес Fe⁰ – 2ē = Fe²⁺

Катодний процес 2Н⁺ + 2ē = Н₂

Fe⁰ + 2Н⁺ = Fe²⁺ + Н₂

Корозія заліза в нейтральному або в лужному середовищі:

Анодний процес Fe⁰ – 2ē = Fe²⁺

Катодний процес O₂ + 4ē + 2 H₂O =4OH^–

2 Fe + O₂ + 2 H₂O = 2 Fe(OH)₂

Ферум (ІІ) гідроксид, що утворюється, легко окиснюється киснем повітря:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

За характером пошкодження металів розрізняють суцільну і місцеву корозії. Суцільна – руйнування охоплює всю поверхню металу, місцева – пошкодження мають локальний характер.

Корозія металів завдає великої шкоди народному господарству. Це визначає важливість заходів, спрямованих на захист металів від корозії.

Залежно від способу захисту металів від корозії розрізняють такі методи захисту:

підвищення хімічної стійкості металу (легування металів); ізоляція поверхні металу від агресивного середовища (нанесення металічних та неметалічних покрить); зміна властивостей агресивного середовища; електрохімічний захист, хімічний захист.

Легування металів. Для поліпшення властивостей металів і забезпечення їхньої корозійної стійкості до складу сплавів вводять різні речовини (легуючі добавки). Корозійну стійкість сталі можна підвищити введенням хрому, нікелю, молібдену, вольфраму.

Протекторний (електрохімічний) захист: метал, що захищають, приводять у контакт з поверхнею іншого металу, який має більш електронегативне значення електродного потенціалу. В утвореній гальванопарі приєднаний метал є анодом, який руйнується, а металева конструкція (катод) не кородує. Приєднаний анод є протектором.

Хімічні методи захисту базуються на використанні інгібіторів корозії – речовин, які гальмують швидкість корозії. Їх вводять у робоче середовище або наносять на метал. Інгібітори адсорбуються на поверхні металу і тим самим запобігають перебігу корозійних процесів. Деякі інгібітори сприяють видаленню кисню (окисника) з робочого середовища, що також гальмує швидкість корозійного процесу.

 

Дослід 1. Корозія, що виникає при контакті двох різних металів

У скляну трубку, зігнуту під кутом, налити розчин з молярною концентрацією еквівалентів сульфатної кислоти 0,01 моль/л. В одне коліно трубки ввести смужку цинку і відзначити швидкість виділення водню (швидко чи повільно) і стан поверхні металу. В інше коліно ввести мідний дріт (зачистити!) і відзначити, чи реагує мідь з кислотою. Доторкнутися мідним дротом до поверхні цинку і відзначити, з поверхні якого металу і з якою швидкістю виділяється водень. Пояснити причину зміни швидкості реакції. Записати рівняння процесів. Який висновок для практики можна зробити з цього досліду?

__________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

 

Дослід 2. Корозія в результаті різного доступу кисню

На залізну (сталеву) пластину, попередньо зачищену наждаковим папером, помістити краплю розчину, що включає такі компоненти: К₃[Fe(CN)₆], NаС1, фенолфталеїн. Через 3 – 5 хвилин відзначити зміни. Звернути увагу на забарвлення середньої і периферійної частини плями. Яка частина є анодом, а яка катодом? Записати рівняння катодного й анодного процесів. Пояснити роль кожного з компонентів розчину.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________

 

Дослід 3. Анодні та катодні покриття

У фарфорові чашечки налити розчин натрій хлориду і додати декілька крапель розчину K₃[Fe(CN)₆]. В одну чашечку занурити смужку оцинкованого, а в іншу – смужку лудженого заліза, попередньо зробивши на їх поверхні подряпини. Через 3 – 5 хвилин відзначити зміни. Записати рівняння анодного і катодного процесів. Зробити висновок про захисну дію різних металів.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________