Коррозия металлов

Под воздействием внешней среды (воздуха, влаги, пыли и т.п.) в естественных условиях происходит постепенное разрушение материалов, вызванное химическими воздействиями образующих их веществ. Такие процессы называются коррозией материалов. Процессы же, вызывающие их механическое разрушение (истирание, выветривание, крушение и т.п.), называются эрозией.

Виды коррозии

Химическая	Электрохимическая
Идет без участия влаги и без возникновения тока, сопровождается непосредственным переходом электронов металла на окислитель	Сопровождается протеканием тока под действием жидких электролитов и образованием гальванических пар, характерна для веществ с ионной проводимостью
В газах при высокой температуре	В не электролитах (масла, спирты)	В растворах электролитов	Во влажных газах	В почве
Анод: Ме⁰- 2 →Ме²⁺ или Ме⁰→Ме²⁺+ 2	Катод: 2Н⁺+ 2 →Н₂ (водородная деполяризация) или О₂+ 2Н₂О + 4 →4ОН⁻ О₂+ 4Н⁺+ 4 →2Н₂О (кислородная деполяризация)

Далее идет движение ионов в растворе и электронов в металле, например:

Ме + 2 + 2ОН⁻→Ме(ОН)₂

Ме(ОН)₂→МеО + Н₂О

Ме + ½О₂®МеО

В отличие от гальванического элемента, при коррозии металла нет внешней цепи, энергия химической реакции не передается в виде работы, а бесполезно рассеивается в виде теплоты.

Рассмотрим коррозию железа в нейтральной и кислой средах:

Анод: Fе⁰- 2 ®Fе²⁺ 2

Катод: О₂+ 2Н₂О + 4 ®4ОН⁻ 1

Fe + O₂+ 2H₂O®2Fe(OH)₂

Схема образующего гальванического элемента:

Fe/Fе²⁺//H₂O,O₂/OH⁻

Реакция окисления идет дальше:

4Fe(OH)₂+ O₂+ 2H₂O®4Fe(OH)₃

Fe(OH)₃- H₂O®FeОOH

FeOOH – оксид-гидроксид железа (III) – основная составляющая ржавчины.

Кислая среда: Анод: Fе⁰- 2 →Fе²⁺ 1

Катод: 2Н⁺+ 2 →Н₂⁰ 1

Fе⁰+ 2Н⁺®Fе²⁺+ Н₂⁰

Fe + 2HCl®FeCl₂ + H₂

Способность металла вступать в реакции электрохимической коррозии зависит от стандартного потенциала металла и от кислотности среды.

Металлы с Е⁰ < 0 В подвергаются как водородной, так и кислородной коррозии (щелочные, щелочноземельные металлы, алюминий, цинк); коррозия металлов с 0 < Е⁰ < 1,23 В происходит только с поглощением кислорода.

Металлы с Е⁰ > 1,23 Вне корродируют ни в кислых средах, ни под воздействием кислорода в растворах (золото, платина). Число металлов, окисляемых только водородом, невелико: в воде растворяются только активные металлы, не образующие защитных пленок.

Значительно большей коррозирующей активностью обладает кислород в водных растворах; эта активность выше, чем для каждого из реагентов порознь.

Вопросы для самоподготовки

1. Что называется коррозией металлов? Какие различают виды коррозии? Как классифицируются процессы коррозии по механизму ее протекания?

2. В чем суть протекторной защиты металла? В чем отличие катодной защиты (электрозащита) от протекторной?

3. Хром находится в контакте с медью. Какой металл будет корродировать в кислой среде? Дайте схему образующегося при этом гальванического элемента.

4. Вычислите время, необходимое на разложение KI, содержащегося в 100 см³ 10%-ного раствора (r = 1,1 г/см³), при силе тока 5 А. Какие массы или объемы веществ выделятся при этом на аноде и катоде?

5. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из магниевой и железной пластин, опущенных соответственно в 1 М и 0,8 М растворы их солей. Напишите ионные уравнения реакций и уравнения электродных процессов. Вычислите ЭДС гальванического элемента.

6. Составьте схему электролиза расплава и водного раствора CrCI₃ и Na₂SО₄ на инертных электродах. Какая масса вещества выделится на катоде из расплава cоли CrCI₃, если сила тока равна 6 А, а время электролиза - 1,5 ч?

7. Что называется ингибиторами, пассиваторами коррозии и каково их действие?

ТЕСТЫ

1. Какой металл не корродирует в разбавленной серной кислоте в результате образования защитной пленки: Sn, Pb, Fe, Zn?

а) Zn;

б) Pb;

в) Fe;

г) Sn.

2. Укажите металл, переходящий в пассивное состояние при действии концентрированной азотной кислоты Zn, Fe, Cu, Mg.

а) Zn;

б) Fe;

в) Cu;

г) Mg.