Меню

Электрохимическая коррозия меди уравнение реакции

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

§ 8.2. Реакции на границе металл–раствор

Электрохимическая коррозия

Все металлы и изделия из них (за исключением золота и платины) подвергаются разрушению в результате химического взаимодействия с окружающими их веществами. В самом общем случае эти процессы называются коррозионными, или просто коррозией. Суммарный химический процесс коррозии в системе «вещество–окружение» всегда самопроизволен, т.е. G 0, проходя под воздействием других реакций.
Ниже пойдет речь об электролитной, или электрохимической, коррозии металлов. Эта коррозия обусловлена образованием гальванических элементов при контакте различных металлов. Корродирующие и заставляющие корродировать вещества создают сложнейшую систему взаимосвязанных реакций, имеющих различные значения изобарных потенциалов, констант скорости и энергий активации. Эта система настолько сложна, что часто для новых металлических материалов или сред коррозия оказывается непредсказуемой.
Почему гвоздь во влажной древесине доски ржавеет и через некоторое время полностью превращается в бурую непрочную массу (рис. 8.9)?

Рис. 8.9.
Схема образования ржавчины на железном гвозде

В кристаллической решетке железа находятся ионы и электроны:

Для электрохимической коррозии железа необходимы вода и кислород воздуха. Начало коррозии заложено в известном вам процессе самопроизвольного перехода ионов Fe 2+ в раствор:

Ионы Fe 2+ диффундируют по влажной древесине и одновременно переходят в ионы Fe 3+ :

Этот переход совершается благодаря тому, что кислород воздуха, реагируя с водой, использует образовавшиеся электроны:

Далее ионы Fe 3+ образуют с ионами ОН – тригидроксид железа:

Это самая примитивная схема ржавления железа. Одновременно протекают многочисленные параллельные и последовательные реакции. Ионы Fe 2+ и Fe 3+ гидролизуются с образованием осно’вных ионов и гидроксидов Fe(ОН)2 и Fe(ОН)3. Гидроксид Fe(ОН)3 может быть представлен также формулой 2Fe(ОН)3 или Fe2О3•3Н2О. Это одна из формул вещества ржавчины. В действительности состав тригидроксида железа или гидратированного триоксида железа неопределенен: Fe2О3nН2О.
К этим реакциям добавляются реакции гидроксидов и осно’вных ионов с углекислым газом, в результате чего образуются осно’вные соли железа типа Fe(ОН)СО3 или (Fе(ОН)2)2СО3.
Приведенные выше реакции взаимосвязаны, и все смещают равновесие перехода ионов железа в раствор.
Суммарно и приближенно процесс ржавления железа может быть выражен следующим уравнением:

Если со столба электричество подается к дому алюминиевым проводом, который у наружной стены скручивается с медным проводом, то место соединения двух проводов скоро перестает проводить электричество из-за образования в месте контакта гидроксида или оксида алюминия. Точно так же алюминиевая заклепка, соединяющая два листа меди, быстро разрушается, если место контакта не было покрыто краской. Причина этого неприятного явления вам станет понятной, если вы сравните электродные потенциалы меди и алюминия:

Алюминий обладает большей способностью отдавать электроны по сравнению с медью, поэтому в водном растворе проходят реакции:

Следовательно, при контакте меди с алюминием алюминий будет в виде ионов переходить в раствор и далее осаждаться в месте контакта в виде гидроксида Al(OH)3.
На рис. 8.10 показано, что происходит в месте контакта алюминия и меди.

Рис. 8.10.
Схема процесса коррозии
при контакте алюминия и меди

Ионы алюминия из кристаллической решетки алюминия переходят в раствор, а электроны поступают на медь и на ее поверхности реагируют с водой с образованием гидроксид-ионов, которые с ионами алюминия образуют гидроксид алюминия. Коррозия алюминия продолжается, т.к. электроны непрерывно уходят из него, смещая тем самым равновесие в сторону образования ионов. Это самое простое описание коррозии при контакте двух металлов.
Аналогичные процессы происходят, если металл не чистый и содержит вкрапления других металлов.
Изучение коррозии всегда преследует цель ее предотвращения или замедления. Простейшая защита железа от коррозии заключается в его изоляции от влаги и воздуха, для чего железо покрывают краской, полимерной пленкой или жироподобными веществами. Однако самыми эффективными способами защиты являются способы, основанные на термодинамических и кинетических принципах. Некоторые важнейшие способы защиты от коррозии состоят в следующем.
Электрохимическая коррозия предотвращается контактом разрушающегося от нее металла с металлом, имеющим более отрицательный электродный потенциал. Например, железо в контакте с цинком или покрытое им (оцинкованное железо) не подвергается коррозии в связи с тем, что в образующемся гальваническом элементе растворяется цинк, а на железе выделяется водород.

следует, что цинк по сравнению с железом обладает большей способностью к передаче ионов в раствор:

Цинк будет реагировать с ионами железа, если они образуются при коррозии, и будет выделяться металлическое железо. Другими словами, цинк смещает равновесие между железом и его ионами в сторону металлического железа.
Цинк в контакте с железом растворяется в водной среде, а образовавшийся отрицательный заряд в виде электронов переходит на железо.
Возникающая повышенная концентрация электронов в железе препятствует его переходу в виде ионов в раствор, т.е. защищает его от коррозии. В результате благодаря реакции с водой на железе выделяется водород:

Цинк, защищая железо от коррозии, переходит в гидроксид цинка:

Поэтому железо с цинком имеет белый налет – слой или даже скопления гидроксида цинка (или оксида цинка).
Электрохимическая коррозия главным образом вызывается примесями и различного вида неоднородностями, выходящими на поверхность металла. При соприкосновении металла с электролитом, которым может быть просто влага, адсорбируемая или конденсирующаяся на поверхности, возникают гальванические элементы.

Благодаря этим гальваническим элементам металл растворяется, а на загрязнениях и примесях в кислотной среде выделяется водород, а в нейтральной и щелочной – кислород:

Почему в скобках второго и третьего уравнений указана концентрация ионов водорода – 10 –7 М, а в первом уравнении концентрация не указана (чему она равна?)?

Заметим, что в обычных условиях при коррозии водород в свободном виде не выделяется, т.к. окисляется атмосферным кислородом и превращается в воду уже в момент образования.
Интересна одна особенность коррозии – в течение весьма длительного начального периода скорость коррозии довольна низкая и значительно возрастает со временем. Это связано с постепенным накоплением на поверхности тех включений, которые в начале коррозии находились не на поверхности металла и не образовывали микрогальванических элементов.
Другой способ защиты состоит в том, что легко корродирующий металл в виде куска размещается поблизости от защищаемого металла и соединяется с ним проводником. Это может быть цинк или магний. Для магния:

Источник

Электрохимическая коррозия меди уравнение реакции

8.2 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Причиной электрохимической коррозии * является возникновение на поверхности металла короткозамкнутых гальванических элементов *.

В тонком слое влаги, обычно покрывающем металл, растворяются кислород, углекислый, сернистый и другие газы, присутствующие в атмосферном воздухе. Это создает условия соприкосновения металла с электролитом *. Различные участки поверхности любого металла обладают разными потенциалами. Причинами этого могут быть наличие примесей в металле, различная обработка отдельных его участков, неодинаковые условия (окружающая среда), в которых находятся различные участки поверхности металла. При этом участки поверхности металла с более электроотрицательным потенциалом становятся анодами и растворяются.

Электрохимическая коррозия может развиваться в результате контакта различных металлов. В этом случае будет возникать не микр о- , а макрогальванопара , и коррозия называется контактной (см. детальную классификацию видов коррозии). Сочетания металлов, сильно отличающихся значениями электродных потенциалов *, в технике недопустимы (например, алюминий – медь). В случае коррозии, возникающей при контакте какого-либо металла со сплавом, последний имеет потенциал, соответствующий наиболее активному металлу, входящему в состав сплава. Например, при контакте латуни (сплав цинка и меди) с железом корродировать будет латунь за счет наличия в ней цинка.

Представим схематично работу короткозамкнутого гальванического элемента, возникающего на поверхности металла, подверженного коррозии в электролите * (рисунок 8.1). Анодный участок имеет более электроотрицательный потенциал, поэтому на нем идет процесс окисления металла. Образовавшиеся в процессе окислен ия ио ны переходят в электролит, а часть освободившихся при этом электронов может перемещаться к катодному участку (на рисунке 8.1 показано стрелками). Процесс коррозии будет продолжаться в том случае, если электроны, перешедшие на катодный участок, будут с него удаляться. Иначе произойдет поляризация электродов *, и работа коррозионного гальванического элемента прекратится.

Рисунок 8.1 – Схема электрохимической коррозии. Д – деполяризатор

Процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией. Вещества, при участии которых осуществляется деполяризация, называются деполяризаторами. На практике чаще всего приходится встречаться с двумя типами деполяризации: водородной и кислородной. Тип деполяризации (катодный процесс) зависит от реакции среды раствора электролита.

В кислой среде электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией. Рассмотрим коррозию железной пластинки с примесями меди во влажной хлористоводородной атмосфере Имеется в виду атмосфера с примесью газообразного HCl. . В этом случае железо будет анодом ( E ° = –0,44В), а медь – катодом ( E ° =+0,34В). На анодном участке будет происходить процесс окисления железа, а на катодном – процесс деполяризац ии ио нами водорода, которые присутствуют в электролите:

А: Fe – 2e → Fe 2+ – окисление

К: 2 H + + 2e → H2 ↑ – восстановление

Схема возникающего короткозамкнутого гальванического элемента выглядит следующим образом:

В нейтральной среде коррозия протекает с кислородной деполяризацией, т.е. роль деполяризатора выполняет кислород, растворенный в воде. Этот вид коррозии наиболее широко распространен в природе: он наблюдается при коррозии металлов в воде, почве и в незагрязненной промышленными газами атмосфере. Если коррозии во влажном воздухе подвергается железо с примесями меди, то электродные процессы можно записать в виде:

(А) Fe – 2e → Fe 2+ – окисление

(К) 2 H2O + O2 + 4e → 4 OH – – восстановление

У поверхности металла в электролите протекают следующие реакции:

Основная масса черных металлов разрушается вследствие процесса ржавления, в основе которого лежат вышеуказанные реакции.

Коррозия металла в результате неравномерного доступа кислорода . Случаи электрохимической коррозии, возникающей вследствие неравномерной аэрации кислородом различных участков металла, очень часто встречаются в промышленности и в подземных сооружениях. Примером может служить коррозия стальной сваи, закопанной в речное дно (рис 8.2).

Рисунок 8.2 – Коррозия в результате неравномерного доступа кислорода. Б – техническое сооружение; А – анодный участок; К – катодный участок.

Часть конструкции, находящаяся в воде, омывается растворенным в ней кислородом и, в случае возникновения условий для электрохимической коррозии, будет выполнять роль катода. Другая же часть конструкции, находящаяся в почве, будет анодом и подвергнется разрушению.

Источник

Читайте также:  Смешали 300г 16 раствора сульфата меди 2
Adblock
detector