Меню

Электрохимическая коррозия цинка в контактной паре с медью

Опыт 2. Электрохимическая коррозия цинка в контактной паре с медью

В пробирку внести одну гранулу цинка, прилить

3 мл дистиллированной воды и 5 капель 2Н серной кислоты, наблюдать в течение 2-3 минут. Коснуться медной проволокой гранулы цинка в пробирке.

— Отметить, как изменяется интенсивность выделения газа после касания гранулы цинка медной проволокой;

— газ выделяется на ……………………………металле

— сравнить значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов (таблица)

;

— более активным восстановителем является металл……………………;

— при контакте цинка с медью направление перетока электронов…

— анодным участком является металл…………………. катодным участком – металл ……;

— составить уравнение анодной реакции

— ответить, образующиеся ионы цинка остаются на металле или переходят в среду электролита;

— ответить, может ли «принимать электроны» металлическая медь;

— основными окислителями в окружающей среде являются:

— на каком металле (участке) протекает процесс восстановления;

— составить уравнение катодной реакции с водородной деполяризацией:

— составить суммарное уравнение коррозии цинка водой, объединив уравнения анодной (1) и катодной (2) реакций с учетом коэффициентов электронного баланса:

— рассчитать ЭДС реакции коррозии цинка водой в кислой среде, возможна ли она;

— составить уравнение катодной реакции с кислородной деполяризацией в кислой среде:

— составить суммарное уравнение коррозии цинка кислородом в водной среде, объединив уравнения анодной (1) и катодной (3) реакций с учетом коэффициентов электронного баланса:

— рассчитать ЭДС реакции коррозии цинка кислородом в кислой водной среде, возможна ли она;

— ответить, в каком направлении перемещаются в среде электролита положительно и отрицательно заряженные ионы;

— составить краткую схему записи образующегося коррозионного гальванического элемента;

— составить рисунок и объяснить принцип «работы» коррозионного гальванического элемента ө Zn|O2, H2O, H2SO4|Cu ;

— ответить, какие вторичные процессы коррозии могут протекать в данной системе;

— отметить, изменилась ли поверхность медной проволоки в результате процесса;

— ответить, что такое «наводораживание»;

— сделать вывод, какой из металлов в контактной паре подвергается первичной коррозии.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)

Источник

Электрохимическая коррозия цинка в контактной паре с медью

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.

Читайте также:  7301 8101060 радиатор отопителя уаз 3163 медь

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

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов под влиянием внешних факторов, в котором, в отличие от химической коррозии, наблюдается направленное движение электронов от окисляемого металла к окислителю.

Читайте также:  Сантехника работа с медью

Электрохимическая коррозия возникает, когда соприкасаются два металла различной активности . Различие в энергиях ионизации и в величине сродства к электрону заставляет электроны переходить от более активного металла к менее активному, что и запускает процесс электрохимической коррозии.

Механизм электрохимической коррозии.

Процессы электрохимической коррозии протекают по законам электрохимической кинетики, когда общая реакция взаимодействия может быть разделена на следующие процессы:

1) анодный процесс — переход ионов окисленного металла в раствор, сопровождающийся гидратацией (сольватацией):

2) омический процесс — перетекание освободившихся электронов от анодных участков к катодным и движение ионов в растворе;

3) катодный процесс — ассимиляция электронов каким-либо окислителем, при этом происходит катодное восстановление окислителя Ох:

Окислителями при коррозии служат молекулы кислорода О2, хлора Cl2, ионы Н + , Fe 3+ , NO3 – и др. Наиболее часто при коррозии в нейтральной и щелочной среде наблюдается восстановление кислорода:

а в кислой среде — выделение водорода:

Коррозия с участием молекулярного кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией. Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с водородной деполяризацией.

Кроме электрохимических реакций при коррозии обычно протекают вторичные химические процессы, например взаимодействие образующихся ионов металла с гидроксид-ионами, концентрация которых повышается в результате катодных реакций:

Рис. 5. Атмосферная коррозия в результате контакта меди и железа

Например, если железо находится в контакте с медью в атмосфере влажного воздуха (рис. 5), то менее активный металл медь выступает в роли катода, на котором происходит восстановление окислителя, а материал анода окисляется.

Возникает гальванопара, при работе которой происходят процессы:

Далее происходят вторичные процессы:

Образующийся гидроксид железа (II) легко окисляется кислородом воздуха, что в конечном итоге приводит к образованию ржавчины mFe2O3 · nFeO · pH2O.

Образование гальванического элемента (гальванопары) из двух различных по активности металлов приводит к коррозии более сильной, чем для исходного активного металла. Например, цинк в растворе соляной кислоты (Е 0 Zn2+/Zn 0 = – 0,762 B) реагирует с выделением водорода:

но постепенно изолируется от раствора мелкими пузырьками образовавшегося газа, в результате чего его дальнейшее растворение прекращается.

Медь с разбавленной соляной кислотой не реагирует, так как находится в ряду напряжений после водорода, её стандартный электродный потенциал Е 0 Cu2+/Cu 0 = +0,34 B. Но цинк в контакте с медью образует в разбавленной соляной кислоте коррозионную гальванопару:

В кислой среде наблюдается электрохимическая коррозия Zn с водородной деполяризацией, в которой роль анода играет более электроотрицательный (более активный) металл — цинк, так как

В процессе коррозии цинк растворяется:

анод: Zn – 2 → Zn 2+ (окисление);

омический процесс — переход электронов с анода на катод:

Zn 2? Cu;

катод: 2H + + 2 → H2 (на поверхности меди).

Продукт коррозии в кислой среде — хлорид цинка:

Очень часто электрохимическая коррозия возникает, когда металл содержит вкрапления металла меньшей активности или неметаллические, но, вместе с тем, токопроводящие включения (как, например, происходит в стали, где есть многочисленные включения карбида железа FeC3), становящиеся катодными участками электрохимической коррозии.

Читайте также:  Сколько весит вагон меди

В качестве примера рассмотрим железо, которое в качестве примеси содержит включения меди (рис. 6). Вся конструкция погружена в разбавленный раствор соляной кислоты HCl. На поверхности меди происходит восстановление окислителя, а материал анода окисляется и растворяется:

HCl ←→ H + + Cl – . Анод Fe 0 – 2? → Fe 2+ ; Fe 2+ +2Cl – ←→ FeCl2. Катод H + + ? → Н 0 ; 2H 0 ←→ H2↑.
Рис. 6. Коррозия железа с включениями меди

Электрохимическая коррозия и ЭДС гальванопары.

Возможность протекания коррозии может быть установлена по знаку ЭДС образующегося гальванического элемента. Если ЭДС > 0, то коррозия возможна. ЭДС равна разности потенциалов окислителя и восстановителя (катода и анода), поэтому коррозия возможна при условии, что потенциал катода (окислителя) положительнее потенциала анода (восстановителя). Если на аноде идет растворение металла, то должно быть ЕОх > ЕMen + /Me 0 .

Потенциал кислородного электрода при 298 К описывается уравнением:

Е 0 O2/OH – = 1,23 – pH + lgPO2.

Потенциал водородного электрода описывается уравнением:

Е 0 2H+/H2= 0,00 – pH + lgPH2.

Графики зависимостей приведены на рис. 7, по ним можно определить возможность протекания коррозии различных металлов в водных средах.

Если потенциал металла положительнее потенциала кислородного электрода (который равен +1,2 В в кислой среде при pH = 1 и составляет около +0,8 В в нейтральной среде при pH = 7), то коррозия металла невозможна (область III).

Рис. 7. Зависимость потенциала кислородного (линия 1) и водородного (линия 2) электродов от значения pH среды при PO2 и PH2 = 1 атм

Если потенциал металла положительнее потенциала водородного электрода (последний равен нулю в кислых средах при pH = 1 и составляет около – 0,41 В в нейтральной среде при pH = 7) и отрицательнее потенциала кислородного электрода (область II), то коррозия возможна с поглощением кислорода и невозможна с выделением водорода.

Если потенциал металла отрицательнее потенциала водородного электрода (область I), то возможна коррозия как с поглощением кислорода, так и с выделением водорода. К таким металлам относятся щелочные, щелочноземельные, алюминий, цинк, и др.

Скорость электрохимической коррозии.

Действие гальванических элементов в значительной мере зависит от поляризации и деполяризации. При этом может происходить как поляризация анода, которая выражается в том, что его потенциал становится более положительным, так и поляризация катода, вызываемая смещением его потенциала в отрицательную сторону.

Поляризация снижает скорость коррозии во много раз. Без поляризации многие металлы, в том числе и железо, корродировали бы с такой высокой скоростью, что потеряли бы свое техническое значение.

Скорость электрохимической коррозии можно определить по формуле:

,

где I — сила тока, величина которого указывает на скорость коррозии; R — омическое сопротивление раствора электролита; Па — поляризация анода, Пк — поляризация катода; Е — электродвижущая сила.

В зависимости от того, какая из величин (R, Па, Пк) оказывает ограничительное действие на скорость процесса, различают коррозию с различным контролем:

Контролирующая стадия является лимитирующей для всего процесса, т.е. ограничивает скорость коррозии в целом, так как протекает медленнее других. Возможен и смешанный контроль, когда слагаемые в знаменателе приблизительно равны по величине.

Источник

Adblock
detector