Електрохімічні процеси

 

Корозiя завдає величезних збитків народному господарству. За пiдрахунками спецiалiстiв, втрати металу у свiтовому маштабi cтановлять приблизно 10 - 15% свiтової продукцiї cталi.

 

Науковi основи вивчення корозiї металiв було започатковано росiйським вченим М. В. Ломоносовим, який у

1738  -  1748  роках  уперше  провiв  дослiдження  впливу  розчинiв  хлоридної  i  нiтратної  кислот  на  метали.

Основоположником першої теорiї корозiйних процесiв був швейцарський вчений Артур де-ля Рiв (1830 р.).

 

Радянськi вченi В. А. Кiстяковський, Д. Н. Фрумкiн, Н .А. Iзгаришев, Т. В. Акiмов розробили основи теорiї електрохiмiчної корозiї металiв, i вирiшили ряд практичних питань, пов'язаних з корозiєю металiв i захистом вiд неї.

 

Термодинамічна можливість корозії

 

Всі процеси,  що відбуваються в природі, мають певну спрямованість: газ розширюється в пустоту; залізо, занурене  в  хлоридну  кислоту,  розчиняється,  утворюючи  сіль і виділяючи  водень.  Ці  процеси  відбуваються самовільно.  Критерієм самовільного  перебігу  процесу  в  термодинаміці,  як  відомо,  є  ізобарно-ізотермічний потенціал .Умовоюпринциповоїможливостісамовільногопроцесуєзменшення ізобарно-ізотермічногопотенціалу,  тобто   . Для більшості сполук металів величини    мають від'ємні значення, що свідчить про можливість самовільного перебігу реакції окиснення металу з утворенням відповідних сполук.

 

Отже, металічний стан для більшості технічних металів в атмосфері або інших середовищах є термодинамічно нестабільним. Це і визначає намагання більшості технічних металів до самовільного корозійного руйнування, тобто переходу з металічного стану в йонний.

 

Класифiкацiя корозiйних процесiв. Типи корозiйних руйнувань

 

Корозiя металiв за характером процесу може бути подiлена на корозiю хiмiчну i електрохiмiчну. При хiмiчнiй корозiї електрони переходять з атома металу на частинку (атом, молекулу) - окисника, що входить до складу середовища. Приклади хiмiчної корозії - руйнування металiв в рiдинах неелектролiтах (диелектриках), i в сухих газах при високих температурах. У результатi такої корозiї виходять з ладу деталi iнженерних конструкцiй (газовi турбiни, сопла ракетних двигунiв, арматура печей тощо).

 

Процес руйнування металу при електрохiмiчнiй корозiї cупроводжується виникненням електричного струму. До електрохiмiчної корозiї належить руйнування металiв в електролiтах, головним чином, у водних розчинах кислот, лугiв i солей. До електрохiмiчної корозiї належить також атмосферна корозiя. Цей вид корозiї пояснюється тим, що у водяних крапельках, або в плiвцi вологи, на металi вiдбувається розчинення газiв повiтря i присутнiх в атмосферi рiзних домiшок, отже, утворення електролiту. Так піддаються корозії металiчнi конструкцiї мостiв, корпуси рiчкового i морського транспорту, хiмiчна апаратура тощо.

 

За зовнiшнiм виглядом корозiйне руйнування металiв буває дуже рiзним. Може вiдбуватися суцiльна корозiя,

мiсцева корозiя, точкова корозiя, мiжкристалiчна, внутрiшньокристалiчна тощо.

 

Електрохiмiчна корозія

 

У водi, звичайно, мiститься розчинений кисень (в 100 V при 00 С - 5 V кисню), здатний до вiдновлення:

 

.

 

 

Окрiм того, в водi присутнi йони Гiдрогену, також здатнi до вiдновлення:

 

  .

 

Розчинений кисень i йони Гiдрогену - найважливiшi окисники, що спричиняють електрохiмiчну корозiю.

 

Розглянемо, якi метали можуть бути окисненi розчиненим у водi киснем, i якi - йонами Гiдрогену. Потенцiал електродного процесу в нейтральному середовищi

 

дорiвнює:

 

.

 

Кисень може окиснити тi метали, потенцiал яких менший за  0,8 В. Вони розташованi до срiбла.

 

Потенцiал, що вiдповiдає електродному процесу     в нейтральному середовищi дорiвнює (-

0,41 В).

 

Йони Гiдрогену у водi можуть окиснити метали до Сd. Деякi метали мають оксиднi плiвки, тому число металiв ще менше.

 

При виникненні корозiї в електролiтах (кислотах, лугах, сольових розчинах, морськiй водi) можуть бути два випадки.

 

а) включення iнородного металу дуже малi.

 

При зануреннi залiзної або сталевої пластинки в хлоридну кислоту, домішки, вiдносно до металу, будуть катодними дiлянками, а сам метал - анодною дiлянкою. Виникають гальванічні мікроелементи. Основний метал

-залізо окиснюється і переходить у розчин у вигляді йонів Fe2+, утворюючи з хлорид-йонами середовища ферум

(II) хлорид.

 

Йони Гідрогену рухаються до катоду (домішки), де, приймаючи електрони, відновлюються. Цей процес можна представити такими рівняннями:

 

Поверхня металу насичується воднем у результатi адсорбцiї, i процес розчинення металу сповiльнюється.

 

б) є контакт рiзних металiв.

 

Рис. 5.7. Атмосферна корозія заліза в контакті з міддю

Наприклад, залiзна пластина в контакті з мідною знаходиться в атмосфері повітря (рис. 5.7). Тодi при атмосфернiй корозiї вiдбудуться такi процеси: руйнується більш активний метал, який є анодом гальванічного елемента; на катоді утворюються йони ОН-, які з'єднуються з йонами Fe2+, що перейшли в розчин, і утворюють ферум (II) гідроксид, який у присутності води і кисню повітря переходить у ферум (ІІІ) гідроксид. Останній частково відщеплює воду, і сполука, що утворилася, відповідає бурій іржі.

 

Англійський вчений Вернон вивчав вплив вологості повітря на перебіг корозії, і дійшов висновку, що при відносній вологості до 30% корозія металів практично не відбувається. При підвищенні вологості до 60-70%