Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Гальванокоррозия вызывается многими причинами.Содержание книги
Поиск на нашем сайте
1. Основная причина возникновения гальванокоррозии – тесный контакт двух металлов с различными потенциалами, находящихся в среде электролита. Металлы, находящиеся в тесном контакте (спай), образуют короткозамкнутый гальванический элемент. Например, спай алюминия с медью. По соотношению потенциалов алюминий является анодом, медь – катодом. Рассмотрим данную гальванопару в кислой среде:
Таким образом, будет растворяться (разрушаться) анод, в данном случае алюминий. 2.Второй причиной возникновения гальванокоррозии является неоднородность металлов. Больше всего это относится к техническому железу – чугунам и сталям. Техническое железо состоит в основном из кристаллов железа и участков цементита (Fe3C). Кристаллы железа играют роль микроанодов, участки цементита – микрокатодов. Рассмотрим данную систему в условиях контакта с воздухом, содержащим влагу (О2+2Н2О): (–): Fe0 – 2ē → Fe+2, (+): O2 + H2O + 4ē → 4OH–. 3. Следующей распространенной причиной возникновения гальванокоррозии является аэрация – неравномерный доступ кислорода (или воздуха) к разным участкам одного и того же металла. Например, вбитый во влажное дерево гвоздь. Та часть гвоздя, к которой доступ кислорода свободен, будет являться катодом. Часть гвоздя, находящаяся в дереве, будет анодом, в результате пойдут реакции: (–): Fe0 – 2ē → Fe+2, (+): O2 + H2O + 4ē → 4OH-. Защита металлов от коррозии Существует много способов борьбы с коррозией. основными способами защиты являются: · электронная защита (протекторная защита и электрозащита); · использование защитных покрытий (металлических, неметаллических и др.); · легирование металлов. К электрозащите относятся способы, при которых к защищаемому изделию направляется поток электронов, как, например, при катодной защите или протекторной защите. катодная защита заключается вследующем: к катоду, отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, присоединяют защищаемый металл, к аноду – лом (отходы металла). Пока поступает ток от внешнего источника, анод разрушается, а катод остается целым. Недостатком этого метода является расход электроэнергии. Суть протекторной защиты: два металла – защищаемый и протектор – приводятся в тесный контакт посредством склеивания или приклепывания. Металл протектора подбирается так, чтобы он являлся анодом (имел меньший электродный потенциал) по отношению к защищаемому изделию. В первую очередь разрушается анод, защищаемое изделие сохраняется. Данный вид защиты относится к электрозащите, так как в системе возникает направленный поток электронов. Электрозащита применяется в тех случаях, когда объем окружающей агрессивной среды очень велик. Электрозащита применяется на морских судах (подводные части), для защиты всех подводных и подземных сооружений. В качестве первых защитных металлических покрытий использовались цинк и олово. Покрытие цинком называют цинкованием. Покрытие оловом – лужением. По соотношению потенциалов защищаемого металла и покрытия все защитные покрытия делятся: · на катодные покрытия – потенциал металла покрытия больше потенциала основного металла; · анодные покрытия – потенциал металла покрытия меньше потенциала основного металла. К защитным неметаллическим покрытиям относятся краски, лаки, эмали, полимеры, а также фосфотирование и оксидирование (воронение) стали. Легирование – также эффективный метод повышения стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др. Обучающие задачи Задача 1. Возможна ли коррозия сплава, состоящего из никеля и меди: а) при рН = 4; б) при рН = 7? Составьте схему микрогальванических элементов, возникающих в процессе коррозии. Составьте уравнения анодного и катодного процессов. Решение. Как любой окислительно-восстановительный процесс, коррозия возможна, если потенциал окислителя больше потенциала восстановителя (Е ок > Е восст). Отсюда следует, что в первую очередь будет окисляться, т.е. корродировать, металл, имеющий меньший электродный потенциал. Таким металлом является никель ( = а) Определим возможность коррозии при рН = 4. Потенциал кислородного электрода при 298 К описывается уравнением = 1,23 – 0,059 ·рН = 1,23 – 0,059·4 = 0,994 В; Потенциал водородного электрода описывается уравнением = – 0,0059 · рН = – 0,059·4 = – 0,236 В, так как < < , то коррозия возможна только с поглощением кислорода и невозможна с выделением водорода, но рН < 7 (кислая, в растворе присутствуют ионы Н+), поэтому поглощение кислорода протекает в присутствии ионов водорода. Схема микрогальванического элемента: Ni │O2, H+ │Cu. Никель будет слева, а медь справа, следовательно, протекают процессы: (–): Ni – 2e → Ni2+, (+): O2 + 4e + 4H+ → 2H2O. б) Определим возможность коррозии при рН = 7. Потенциал кислородного электрода при 298 К описывается уравнением: = 1,23 – 0,059рН = 1,23 – 0,059·7 = 0,817 В. Потенциал водородного электрода рассчитывается на основании уравнения: = – 0,0059рН = – 0,059·7 = – 0,413 В, так как < < , то коррозия возможна и с поглощением кислорода, и с выделением водорода. Но при рН ≥ 7 коррозия протекает с поглощением кислорода: О2 + 2Н2О + 4ē → 4ОН–. Схема микрогальванического элемента: Ni │O2, H2О │Cu. Никель будет анодом, а медь – катодом. Протекают процессы: (–): Ni – 2e → Ni2+, (+): O2 + 4e + 2H2О → 4ОН–. Задача 2. Возможна ли коррозия сплава, состоящего из мелкодисперсных кристаллов висмута и свинца: а) в аэрируемой воде; б) в изолированном от воздуха сосуде с водой? Для среды, в которой коррозия возможна, составьте схему микрогальванических элементов, возникающих в процессе коррозии. Составьте уравнения анодного и катодного процессов и суммарное уравнение процесса коррозии. Решение. Как любой окислительно-восстановительный процесс, коррозия возможна, если потенциал окислителя больше потенциала восстановителя (Е ок > Е восст). Отсюда следует, что в первую очередь будет окисляться, т.е. корродировать, металл, имеющий меньший электродный потенциал. Таким металлом в данном примере является свинец ( = –0,13 B < = +0,22 B). а) В аэрируемой воде из двух возможных окислителей – иона водорода воды Н+ и растворенного в воде кислорода О2 – более сильным окислителем является кислород, так как его потенциал больше (в нейтральной среде = +0,81 В > = –0,41 В). Коррозия возможна, так как Е ок = +0,81 В > Е восст = –0,13 В. Схема микрогальванического элемента: Pb │O2, H2О │Bi. Анодом является никель, като- (–): Pb – 2e → Pb2+, (+): O2 + 4e + 2H2О → 4ОН–. Продуктом коррозии будет являться гидроксид свинца Pb(OH)2. б) В отсутствие кислорода единственным окислителем могли бы быть ионы водорода из воды. Но поскольку Е ок = –0,41 В < Е восст = Задача 3. Подберите катодное покрытие для сплава, состоящего из кобальта и свинца, при рН = 12. Напишите уравнения анодного и катодного процессов: а) без нарушения целостности покрытия; б) при нарушении целостности покрытия. Решение. Катодное покрытие – это металл у которого потенциал больше потенциала изделия. Изделие представляет собой сплав, состоящий из кобальта и свинца ( = –0,28 B < = –0,13 B), следовательно, электродный потенциал покрытия должен быть больше потенциала свинца. Например, в качестве катодного покрытияможно взять палладий = +0,99 В. а) Если покрытие не нарушено, то с окружающей средой контактирует только покрытие, следовательно, разрушаться будет само покрытие. Протекают процессы: анод: Pd – 2e → Pd2+, катод: O2 + 4e + 2H2О → 4ОН–. б) Если нарушить целостность покрытия, то с окружающей средой контактируют и покрытие, и само изделие. В первую очередь будет окисляться, т.е. корродировать, металл, имеющий меньший электродный потенциал. Таким металлом в данном примере является кобальт: ( = –0,28 B < = –0,13B < = +0,99 В). Протекают процессы: анод: Со – 2e → Со2+, катод: O2 + 4e + 2H2О → 4ОН–. Задача 4. Напишите уравнения электродных реакций при электрозащите сплава Cd – Cu при рН = 7. Решение. В основе электрозащиты лежит процесс электролиза. Суть электрозащиты сводится к следующему: к катоду, отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, присоединяют защищаемый металл. Так как среда нейтральная, то в качестве электролита можно взять раствор NaCl:
К(–): 2H2O + 2e– ® H2 + 2OH–, A(+): 2Cl– – 2e– ® Cl2. Вопросы для самоконтроля 1. Что называют коррозией металлов? 2. Какие виды коррозии вы знаете? 3. В чем отличие электрохимической коррозии от химической? 4. Чем вызвана электрохимическая неоднородность поверхности металла? 5. Каковы причины возникновения коррозионных микрогальванических элементов? 6. Каким образом можно определить возможность протекания коррозии с выделением водорода и поглощением кислорода? 7. Основные способы борьбы с коррозией. 8. Если цинк покрыть медью, какое это будет покрытие: анодное или катодное? 9. В чем сущность электрозащиты? 10. Что такое легирование? 9.3.4. Домашнее задание № 11 Задание 1. Для сплава (см. свой вариант в табл. 28, задание 1) определите возможность коррозии при pH = 4 и 8, запишите коррозионные гальванические элементы и уравнения электродных реакций. Задание 2. Предложите для данного сплава катодное покрытие (четные варианты) и анодное покрытие (нечетные варианты). Обозначьте коррозионный гальванический элемент покрытие–сплав в среде с рН = 12. Напишите уравнения электродных реакций: а) при целостности покрытия; б) при нарушении целостности покрытия. Задание 3. Напишите уравнения электродных реакций при электрозащите сплава в среде с рН (см. свой вариант в табл. 28, задание 3). Таблица 28
Лабораторная работа № 12 Опыт 1. Электрохимическая неоднородность стали Выполнение опыта. Вследствие электрохимической неоднородности стали и наличия окислителя (кислород из воздуха) у ее поверхности образуются коррозионные микроэлементы. В процессе их работы осуществляется анодное растворение железа. А. Качественной реакцией на наличие в растворе ионов железа Fe2+ является взаимодействие исследуемого раствора с раствором K3[Fe(CN)6] с образованием турнбулевой сини (Fe3[Fe(CN)6]2). В пробирку наберите 0,5 мл воды и добавьте 1 – 2 кристалла FeSO4, потрясите пробирку, чтобы растворить соль, затем прибавьте несколько капель раствора K3[Fe(CN)6]. Задание. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения образования осадка турнбулевой сини (Fe3[Fe(CN)6]2). Отметьте, что это качественная реакция на наличие в растворе ионов железа Fe2+. Б. Для проведения опыта зачистите стальную пластинку наждачной бумагой, промойте проточной водой и высушите фильтровальной бумагой. Затем положите на пластинку бумажный фильтр, смоченный ферроксилиндикатором (5 капель NaCl + 3 капли K3[Fe(CN)6] + 2 капли фенолфталеина). Через 2 – 3 мин опишите изменение цвета фильтровальной бумаги, форму и распределение пятен. Задание. Запишите электродные процессы, в выводе объясните появление разной окраски пятен в центре и по краям капли. Опыт 2. Анодные и катодные защитные покрытия Выполнение опыта. В две пробирки налейте (по 1/2 объема) воды и добавьте по 1 – 2 мл H2SO4 и по 2 – 4 капли раствора K3[Fe(CN)6]. В одну пробирку поместите образец оцинкованного железа, а в другую – луженого с предварительно сделанными на их поверхности глубокими царапинами. Дайте постоять 5 минут. Что наблюдаете? Задание. Запишите уравнения анодных и катодных процессов и приведите схемы работы коррозионных элементов. В выводе объясните, в случае какого покрытия корродирует железо и почему, а также, какое покрытие является более эффективным. Опыт 3. Протекторная защита Выполнение опыта. В две пробирки налейте (по 1/2 объема) 0,4М уксусной кислоты и по 2 – 4 капли KI. В одну пробирку поместите cвинцовую пластинку, в другую – такую же полоску свинца, но в контакте с цинком (гальванопару). Наблюдайте, в какой пробирке быстрее появится желтое окрашивание за счет образования осадка PbI2 (качественная реакция на ионы свинца Pb2+). Задание. Напишите уравнения анодных и катодных процессов и приведите схемы работы коррозионных элементов в случае гальванопары и чистого свинца. Уравнение качественной реакции на ионы Pb2+. В выводе сформулируйте суть электрозащиты. Опыт 4. Электрозащита металла Выполнение опыта. В два стакана налейте (1/2 объема) 0,5 н раствор NаCl и добавьте по 3 – 5 капель K3[Fe(CN)6]. В один стакан поместите зачищенный и промытый железный стержень; в другой – такой же железный стержень, закрепленный в панельке с угольным стержнем. Железный электрод соедините с отрицательным полюсом внешнего источника постоянного тока, а угольный – с положительным. Включите ток на 2 мин. Объясните результаты наблюдений. Задание. Приведите схему электролиза раствора хлорида натрия с угольным анодом, а также схему гальванического элемента, образующегося за счет неоднородности поверхности железа, электродные процессы и реакции в растворе (в случае, когда железный стержень не подключается к отрицательному полюсу). В выводе сформулируйте суть электрозащиты и ее надежность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2005. 2. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г. Лабораторные работы по химии. – М.: Высш. шк., 2001. 3. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия, 1985. 4. Иванова М.А., Кононова М.А. Химический демонстрационный эксперимент. – М.: Высшая школа, 1969. 5. Романцев Л.М. и др. Сборник задач и упражнений по общей химии. – М.: Высшая школа, 1991. Дополнительная 1. Электронный учебник «Открытая химия 2.6». ООО «Физикон», 2005. 2. Гуров А.А., Бадаев Ф.З., Овчаренко Л.П. Химия. – М.: МГТУ им. Баумана, 2004. 3. Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия: учебник для ву- 4. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия: учебник для вузов по напр. и спец. «Химия». – М.: Высшая школа, 1997. 5. Барон Н.М. Краткий справочник физико-химических величин/ Н.М. Барон, А.М. Пономарева, А.А. Равдель, З.Н. Тимофеева. – СПб.: Специальная литература, 1999. 6. Химическая энциклопедия. в 5 т./Под ред. И.Л. Кнунянца и др. – М.: Большая Российская энцикл., 1988 – 2002. 7. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: Химия, 1988. 8. Фримантл М. Химия в действии. В 2 ч. – М.: Мир, 1998.
Приложения Приложение 1 Цели учебной дисциплины
Приложение 2 Теоретические вопросы курса
Приложение 3 Стандартные энтальпии образования D f H0298
Окончание табл. П3
Приложение 4 Термодинамические характеристики некоторых ионов
Приложение 5
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-10; просмотров: 1280; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.145.79.214 (0.01 с.) |