Электрохимическая коррозия металлов

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлов под действием различных окислителей из окружающей среды.

В реальных условиях коррозии обычно подвергаются технические металлы, содержащие примеси других металлов и неметаллических веществ.

Механизм электрохимической коррозии в таких металлах аналогичен механизму процессов, протекающих в короткозамкнутых гальванических элементах, в которых на участках с более отрицательным потенциалом идет процесс окисления (разрушение металлов), а на участках с более положительным потенциалом процесс восстановления окислителя (коррозионной среды).

Наиболее часто встречаются окислители (деполяризаторы):

- ионы водорода (коррозия с водородной деполяризацией); уравнение восстановительного процесса:

2Н⁺ + 2ē = Н₂ (в кислой среде),

2 H₂O + 2ē = Н₂ + 2OH^– (в нейтральной и щелочной средах);

- молекулы кислорода, растворенные в различных средах; уравнение восстановительного процесса:

O₂ + 4ē + 4Н⁺ = 2 H₂O (в кислой среде);

O₂ + 4ē + 2 H₂O = 4 OH^– (в нейтральной и щелочной средах);

Методика рассмотрения работы гальванопары при электрохимической коррозии.

1. Составляют схему гальванопары:

Me₁ / среда / Me₂.

2. Выписывают стандартные потенциалы металлов и окислителей коррозионной среды (таблица 4 приложения), определяют восстановитель (меньший потенциал), окислитель (больший потенциал).

3. Записывают уравнения процессов окисления и восстановления и суммарное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей при гальванокоррозии.

4. Указывают направление движения электронов.

Пример 1. Гальванопара алюминий – железо в воде (среда нейтральная). В воде растворен кислород.

1. Схема гальванопары: Al / Н₂О, О₂ / Fe

2. Потенциалы: = – 1,88 В; = – 0,46 В;

= + 0,814 В.

Восстановитель – Al, окислитель – О₂.

3. Al (–): 4 Al – 3ē + 3 H₂O = Al(OН)₃ + 3 Н⁺ - процесс окисления

Fe (+): 3 О₂ + 4ē + 2 H₂O = 4 OH^– - процесс восстановления

4 Al + 3 О₂ + 6 H₂O = 4 Al(OН)₃

4. Направление движения электронов от участка с меньшим потенциалом к участку с большим потенциалом:

ē

(–) Al / Fe (+) ē

О₂, Н₂О

Пример 2. Определить процессы, протекающие при коррозии луженого железа (среда – влажный воздух, содержащий кислород, пары воды и ионы Н⁺), если нарушена сплошность покрытия.

1. Схема гальванопары

Fe / Н₂О, О₂, Н⁺ / Sn

2. Потенциалы = – 0,44 В; = – 0,46 В;

= + 1,228 В.

Восстановитель – железо, окислитель – кислород.

3. Fe (–): 2 Fe – 2ē = Fe²⁺ – процесс окисления

Sn (+): 1 О₂ + 4ē + 4 H⁺ = 2 H₂O – процесс восстановления

2 Fe + О₂ + 4 H⁺ = Fe²⁺ + 2 H₂O

При нарушении целостности покрытия будет разрушаться Fe.

4. Электроны движутся от участка с меньшим потенциалом к участку с большим потенциалом:

ē

(–)Fe / Sn (+) ē

О₂, Н⁺

Пример 3. Рассмотреть коррозию детали из железа и алюминия в щелочной среде (КОН), если растворенный кислород отсутствует.

1. Схема гальванопары:

Al / КОН / Fe

2. Потенциалы: = – 2,36 В; = – 0,874 В;

= – 0,827 В.

Восстановитель – алюминий, окислитель – вода.

3. Al (–): 2 Al – 3ē + 4 OH^– = + 2 H₂O – процесс окисления

Fe (+): 3 2 H₂O + 2ē = 2 OH^– + H₂ – процесс восстановления

2 Al + 2 OH^– + 2 H₂O = 2 + 3 H₂

2 Al + 2 КОН + 2 H₂O = 2 КAlO₂ + 3 H₂

Разрушается алюминий.

4. Направление перемещения электронов в системе:

ē

(–) Al / Fe (+) ē

Н₂О, КОН

Задание к разделу Электрохимическая коррозия металлов^*

Рассмотрите коррозию гальванопары, используя потенциалы (таблица 4 приложения), укажите анод и катод соответствующей гальванопары, рассчитайте ЭДС, напишите уравнения анодного и катодного процессов, молекулярное уравнение реакции коррозии, укажите направление перемещения электронов в системе.

* - при решении задач этого раздела использовать таблицу 4 приложения.

 

Коррозионная среда
Н2О + О2	NaOH + Н2О	Н2О + Н^+
261. Fe / Zn	268. Fe / Cu	275. Pb / Zn
262. Fe / Ni	269. Cd / Cr	276. Al / Ni
263. Pb / Fe	270. Zn / Sn	277. Sn / Cu
264. Cu / Zn	271. Fe / Al	278. Co / Al
265. Zn / Al	272. Pb / Cr	279. Fe / Mg
266. Co / Mg	273. Cr / Zn	280. Pb / Al
267. Zn / Sn	274. Mg / Cd

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРОВ