Коррозия химия: Коррозия металлов — урок. Химия, 9 класс.

Содержание

Коррозия металлов — урок. Химия, 9 класс.

Почти все металлы и сплавы постепенно разрушаются под воздействием факторов окружающей среды. При взаимодействии металлов с веществами воздуха и атмосферными осадками на их поверхности образуется плёнка, состоящая из оксидов, сульфидов, карбонатов и других соединений.

 

Свойства образовавшихся на поверхности металла веществ отличаются от свойств самого металла. Так, на железе образуется ржавчина — рыхлая коричнево-красная масса. Коррозию железа обычно называют ржавлением.

Коррозия — это процесс самопроизвольного разрушения металлов и их сплавов под влиянием внешней среды (от лат. corrosio — «разъедание»).

 

Рис. \(1\). Коррозия изделий из сплавов железа.

  

Бурый налёт — ржавчина — состоит из гидроксида и оксида железа(\(III\))

 

Предметы из меди и её сплавов (предметы искусства, памятники, крыши зданий) со временем подвергаются коррозии. Патина — налёт зелёного цвета — состоит в основном из гидроксокарбоната меди(\(II\))

  

 Рис. \(2\). Патина

   

Из-за коррозии поверхность металлических изделий покрывается налётом из продуктов окисления и теряет блеск. Изменяется электропроводность металла, уменьшается его пластичность и прочность.


Из-за коррозии народное хозяйство терпит убытки:

  • приходится постоянно восполнять потери из-за ржавления нефтепроводов, газопроводов, водопроводов, сельскохозяйственной техники, автомобилей, кораблей, мостов, станков;
  • металлические конструкции теряют прочность;
  • простаивает производство из-за необходимости замены разрушенного коррозией оборудования;
  • при разрушении нефте- и газопроводов теряется часть сырья;
  • при утечке нефтепродуктов и других веществ загрязняется окружающая среда;
  • загрязняется продукция, а следовательно, ухудшается её качество.

Способы защиты от коррозии

1. Нанесение защитных покрытий.

  • Металлическое изделие покрывают другими металлами (никелирование, хромирование, цинкование, лужение — покрытие оловом).

 

Рис. \(3\). Никелированная ручкаРис. \(4\). Хромированный кранРис. \(5\). Консервные банки из лужёной жести
  • Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, маслами, полимерами.

 

Рис. \(6\). Нанесение защитного покрытия на поверхность металлаРис. \(7\). Эмалированная стальная кастрюляРис. \(8\). Металлочерепица из жести, покрытой полимером

  

 

2. Применение сплавов, стойких к коррозии.

 

Детали машин, аппаратов, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали, содержащей специальные легирующие (замедляющие коррозию) добавки: хром, никель и другие металлы.

 

 Рис. \(9\). Изделия из нержавеющей стали

  

 

3. Защита с помощью протектора.

  

К металлу прикрепляют кусок более активного металла. Под действием среды происходит его разрушение, а защищаемый металл сохраняется. Так защищают от коррозии трубопроводы, корпуса кораблей. В качестве протектора применяют такие металлы, как цинк, магний.

  

 

4. Изменение состава среды.

  

Для предотвращения потерь из-за коррозии особым образом обрабатывают электролит или среду, в которой находится металл. Используют также  ингибиторы — вещества, которые замедляют процесс коррозии.

 

Например, при подготовке воды, поступающей в котельные установки, проводят удаление растворённого в воде кислорода (деаэрацию).

Коррозия металлов

Коррозия

– это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

Различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую. Химическая коррозия обусловлена взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде. В производственных условиях такими веществами, помимо О2, являются SO2, CO2, H2S, NH3 и др.

Химическую коррозию, обусловленную взаимодействием металлов с газами, называют газовой. Основной вклад в газовую коррозию металла вносит кислород воздуха. Различные металлы обладают различной устойчивостью по отношению к О2. Некоторые металлы (Al, Cr, Zn, Pb,

Sn) образуют на воздухе плотные пленки оксидов, не разрушающиеся при изгибе или нагревании. Такие пленки защищают металл от дальнейшего доступа к нему газов и жидкостей, и процесс коррозии резко замедляется. Оксидные пленки других металлов (например, Fe) представляют собой рыхлые, пористые, механически непрочные образования. Они не предохраняют металл от доступа к нему газов и жидкостей. Поэтому такие металлы корродируют особенно быстро.

Процесс химической коррозии Fe схематически можно представить следующими уравнениями:

2Fe + O2=2FeO

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3

3Fe + 2O2 =FeO · Fe2O3

4Fe + 3O2 +6H2O=4Fe(OH)3

Fe(OH)3=t H2O+FeOOH (ржавчина)

Однако наибольший вред приносит не химическая, а электрохимическая коррозия, связанная с переходом электронов от одних участков металла к другим. Химическая коррозия сопровождает электрохимическую и усиливает ее.


Сущность электрохимической коррозии

Металлы обычно содержат примеси других металлов и неметаллов. При соприкосновении таких  металлов с электролитом (которым может служить Н2О, адсорбированная из воздуха, поскольку в ней как правило имеются ионы растворенных веществ) на поверхности металла возникает множество микрогальванических пар. В этих парах атомы более активного металла (обычно Fe) играют роль анода, а атомы менее активного – роль катода.

На катоде идет процесс восстановления молекул О2 в нейтральной и щелочной средах, или ионов Н+ – в кислой среде.

На аноде происходит окисление атомов металла, из которых состоит анод, с образованием катионов

Men+.

Последние переходят в электролит (растворение анода) и соединяются с ионами ОН, с образованием гидроксида Me(OH)n и других продуктов. Называемых ржавчиной. В результате металл, играющий роль анода, разрушается.

Скорость электрохимической коррозии тем больше, чем дальше друг от друга расположены металлы в ряду напряжений, и чем выше температура окружающей среды.

Чистые металлы устойчивы к коррозии. Однако, так ка абсолютно чистым металлов нет, а также вследствие того, что гальваническая пара может быть образована отдельными участками одного и того же металла, находящимися в различных условиях (под разными электролитами или под одним и тем же электролитом разной концентрации), то электрохимическая коррозия имеет место всегда при соприкосновении металла с электролитом (атмосферной влагой).

Роль катода при электрохимической коррозии могут выполнять не только менее активные металлы, но и примеси неметаллов, способных принимать электроны.

Коррозия – процесс поверхностный и при отсутствии трещин внутри металла развиваться не может. Поэтому одним из способов защиты от коррозии является нанесение на поверхность металла металлических и неметаллических покрытий.

В качестве металлических покрытий используются пленки Au, Ag, Ni, Cr, Zn и других металлов, которые мало подвергаются коррозии из-за своей индифферентности или по причине образования прочных оксидных пленок. Некоторые из этих металлов (Au, AgNi, Cr), помимо защитной, выполняют и эстетическую – придают изделиям приятный внешний вид.

Различают два вида металлических покрытий – анодное и катодное. Покрытие называется

  • анодным
    , если оно изготовлено из металла более активного, чем защищаемый;
  • катодным, если изготовлено из менее активного металла.

Примером анодных покрытий для изделий из железа являются пленки из Cr, Zn, примером катодных – пленки из Ni, Sn, Ag, Au. Катодные покрытия не защищают металлы в случае нарушения их целостности (трещины, царапины), так как при наличии электролита возникает гальваническая пара, роль растворимого анода в которой играет защищаемый металл.

Неметаллические покрытия также делятся на два вида: неорганические и органические. В качестве органических покрытий используются пленки лаков, красок, пластмасс, резины, битума, в качестве неорганических – эмали.

Протекторная защита заключается в соединении защищаемого изделия проводником с протектором – пластиной из более активного металла (

Al, Mg, Zn). В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, предохраняя от коррозии металлическое изделие или конструкцию.

Электрохимическая (катодная) защита заключается в соединении защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Анодом служит вспомогательный, обычно стальной, электрод (кусок металла), который и разрушается в процессе коррозии.


 

Автор: Метельский А.В.
Источник: Метельский А.В., Химия в Экзаменационных вопросах и ответах, Минск, изд. «Беларуская энцыклапедыя», 1999 год
Дата в источнике: 1999 год

Урок 9. коррозия металлов и её предупреждение — Химия — 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 9. Коррозия металлов и её предупреждение

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению видов коррозии, особенностям химической и электрохимической коррозии, методам защиты металлических изделий от коррозионного разрушения.

Глоссарий

Анодное покрытие – способ защиты металлического изделия от коррозии, когда защищаемый металл покрывается металлическим покрытием из более активного металла.

Газовая коррозия – разрушение металла в среде агрессивных газов (кислорода, оксида серы, хлороводорода) обычно при высоких температурах.

Гальванокоррозия – вид электрохимической коррозии, при которой два контактирующих металла в среде электролита образуют коррозионный гальванический элемент с возникновением электрического тока между металлами.

Жидкостная коррозия – разрушение металла в жидкостях, не проводящих электрический ток (органические растворители, нефтепродукты).

Ингибиторы – вещества, вводимые в коррозионную среду, в результате чего снижается её окисляющая способность.

Катодная защита – способ защиты металла от коррозии, когда защищаемое металлическое изделие подсоединяется к отрицательному полюсу внешнего источника электрического тока.

Катодное покрытие – способ защиты металла от коррозии, когда металлическое изделие покрывается тонким слоем из менее активного металла.

Коррозия – разрушение металла в результате окислительно-восстановительных реакций между металлом и окружающей средой

Осушение – удаление из окружающей среды влаги для предотвращения возникновения коррозии.

Протекторная защита – способ защиты металла от коррозии, когда к защищаемому металлическому изделию присоединяют кусок другого, более активного металла.

Химическая коррозия – разрушение металла в среде, не проводящей электрический ток.

Электрокоррозия – вид электрохимической коррозии, возникающей в среде электролита под действием внешнего электрического поля.

Электрохимическая коррозия – разрушение металла в среде электролита при контакте двух металлов с образованием коррозионного элемента и возникновением электрического тока.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Коррозия и её виды

Коррозия металлов – процесс разрушения металлического изделия в результате окислительно-восстановительной реакции металла с окружающей средой. В зависимости от механизма различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую. Химическая коррозия происходит в среде, не проводящей электрический ток. К этому виду коррозии относится газовая коррозия, в результате которой металл разрушается под действием агрессивных газов: кислорода, оксида серы, хлороводорода. Газовая коррозия обычно происходит при высоких температурах. Другой вид химической коррозии – жидкостная коррозия, которая возникает в агрессивных жидкостях, не проводящих электрический ток, например, в органических растворителях или нефтепродуктах.

Электрохимическая коррозия происходит в среде электролитов, которые хорошо проводят электрический ток. Различают два вида электрохимической коррозии: гальванокоррозия и электрокоррозия. Гальванокоррозия возникает в месте контакта двух металлов, наличия в металле примесей, разной температуры на соседних участках металлов, разной концентрации электролитов в среде, контактирующей с металлом и в случае разной концентрации кислорода на соседних участках металла. Например, в чугуне примеси углерода и карбида железа играют роль катода, на котором происходит восстановление молекулярного кислорода в присутствии паров воды: 2Н2О + О2 + 4е → 4ОН-, а железо становится анодом и окисляется.

Fe0 – 2e → Fe2+. В результате среда становится щелочной, образуется сначала «белая» ржавчина Fe(ОН)2: Fe2+ + 2OH → Fe(ОН)2↓, которая окисляется кислородом воздуха во влажной среде до трёхвалентного гидроксида железа.

4Fe(ОН)2↓ + 2Н2О + О2 → 4Fe(ОН)3↓, Fe(OH)3 + nh3O → Fe2O3·xh3O (ржавчина).

Если в атмосфере присутствует большое количество кислых газов (СО2, SO2, NO2), то при растворении их в воде образуются кислоты. В кислой среде коррозия идет ещё интенсивнее. В присутствии кислорода на катоде образуется вода, а в бескислородной среде выделяется водород.

На аноде: Fe0 – 2е → Fe2+;

На катоде: О2 + 4Н+ + 4е → 2Н2О

или в бескислородной среде: 2Н+ + 2е → Н20↑.

Ионы железа образуют соли с кислотными остатками образовавшихся при растворении газов кислот. В дальнейшем под действием кислорода воздуха, соли двухвалентного железа окисляются до солей трёхвалентного железа.

Электрокоррозия возникает под действием на металл электрического тока от внешнего источника постоянного тока. Часто она происходит под действием блуждающих токов от рельсов электротранспорта, от плохо изолированных опор линий электропередач. Участок, на который попадает ток от внешнего источника, заряжается отрицательно и становится катодом. На нём происходит восстановление элементов среды. А соседний участок становится анодом, на нём металл окисляется.

Факторы, увеличивающие скорость коррозии

Возникновение коррозионного гальванического элемента увеличивает скорость коррозии. При контакте двух металлов более активный металл отдает электроны менее активному. Возникает электрический ток. Активный металл растворяется и в результате реакции со средой, и за счет передачи электронов менее активному металлу. Принятые электроны менее активный металл отдает в окружающую среду, таким образом, окисление активного металла и восстановление компонентов окружающей среды происходит быстрее. Скорость коррозии зависит от количества кислорода, который контактирует с металлом. Железный гвоздь, погруженный в воду на половину своей длины, разрушается быстрее всего, так как доступу кислорода ничего не препятствует. Гвоздь, полностью погруженный в воду, разрушается медленнее, так как количество кислорода, участвующего в реакции, ограничивается скоростью растворения кислорода в воде. В пробирке, где сверху воды налили масло, коррозия идет медленнее всего, так как масло препятствует поступлению кислорода в воду.

Методы защиты металлов от коррозии

Одним из распространённых методов защиты металлов от коррозии является нанесение защитных покрытий. Покрытия бывают металлическими и неметаллическими. Если металлическое изделие покрыто слоем более активного металла, покрытие называют анодным. Если покрытие изготовлено из менее активного металла, оно называется катодным. Неметаллические покрытия – это различные эмали, лаки, краски, резиновые, битумные и полимерные покрытия. По отношению к железу анодными покрытиями будут цинковые, хромовые, алюминиевые покрытия. Эти покрытия защищают металл даже в случае появления царапин или трещин. Так как покрытие изготовлено из более активного металла, оно является анодом по отношению к защищаемому металлу и будет разрушаться. Защищаемое металлическое изделие разрушаться не будет. Катодные покрытия обычно делают из малоактивных металлов. Это никель, олово, свинец, медь, серебро, золото. Из-за низкой активности такие металлы слабо подвергаются воздействию коррозии, но в случае нарушения покрытия, возникнет коррозионный элемент, в котором анодом станет защищаемое металлическое изделие. Оно начнет разрушаться. Защитные оксидные покрытия на поверхности металла можно создать путем химической обработки концентрированной азотной кислотой (пассивация алюминия, хрома), концентрированным раствором щелочи и горячего масла (воронение), фосфорной кислотой и её кислыми солями (фосфатирование).

Эффективным, но дорогим методом защиты металлов от коррозии является введение в сплав антикоррозионных легирующих добавок: хрома, никеля, молибдена, титана. Для повышения стойкости к коррозии в кислой среде в сплав добавляют кремний.

К методам электрохимической защиты относятся протекторная и катодная защита. Протекторная защита предусматривает закрепление на защищаемом изделии пластин из активного металла: цинка, алюминия, магния. Попадая в агрессивную среду, протектор становится анодом, начинает разрушаться, а металлическое изделие, являясь катодом, не разрушается до полного разрушения протектора. Катодная защита производится путём подсоединения защищаемого металлического изделия к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного электрического тока. В результате защищаемый металл приобретает отрицательный заряд и становится катодом. В качестве анода используют вспомогательный кусок металла (железный лом, старый рельс), который заземляют.

Важным направлением предотвращения коррозии металлов является снижение агрессивности окружающей среды. Для этого проводят осушение почвы, воздуха. В жидкие среды добавляют ингибиторы – вещества, реагирующие с окислительными компонентами среды и снижающие скорость коррозии. Для борьбы с блуждающими токами проводят надёжную изоляцию токопроводящих конструкций, организацию бесстыкового пути.

Предотвращение потерь металла от коррозии позволит не только сберечь тонны металла, но и предотвратить аварии на производстве и транспорте, сберечь человеческие жизни.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчёт массы металла, предохраняемого от разрушения за счёт нанесения защитных покрытий

Условие задачи: В результате атмосферной коррозии толщина стального изделия уменьшается на 0,12 мм/год. Потерю какой массы стального изделия плотностью 7750 кг/м3 и площадью 10 м2 можно предотвратить путем нанесения лакокрасочного покрытия, которое сохраняет свои защитные свойства в течение 4 лет? Ответ запишите в виде целого числа в килограммах.

Шаг первый: необходимо перевести скорость коррозии из мм/год в м/год.

Для этого скорость коррозии умножим на 10-3:

0,12·10-3 = 1,2·10-4 (м/год).

Шаг второй: Найдём объём слоя металла, который может быть разрушен коррозией за 1 год. Для этого толщину слоя разрушенного в течение года металла умножим на площадь стального изделия:

1,2·10-4·10 = 1,2·10-33/год).

Шаг третий: Найдём массу вычисленного объёма металла.

Для этого объём металла умножим на его плотность:

1,2·10-3·7750 = 9,3 (кг/год).

Шаг четвёртый: Найдём массу металла, которая могла бы разрушиться за 4 года. Для этого массу сохранённого за год металла умножим за 4 года:

9,3·4 = 37,2 (кг). Округляем до целого числа, получаем 37 (кг).

Ответ: 37

2. Расчёт массы металла, разрушенного в результате коррозии

Условие задачи: Через железную решётку, предохраняющую от попадания в канализацию крупного мусора, проходит 20 м3 воды в сутки. Содержание кислорода в воде 1 % от объёма воды. Какая масса железа окислится за 6 месяцев использования решётки, если на окисление металла расходуется 60% содержащегося в воде кислорода? Ответ записать в килограммах в виде целого числа.

Шаг первый: найдём объём кислорода, который содержится в 20 м3 воды.

Для этого разделим 20 м3 на 100:

20 : 100 = 0,2 (м3/сутки) = 200 (л/сутки)

Шаг второй: Найдём объём кислорода, который проходит в воде через решётку в течение 6 месяцев.

Для этого объём кислорода, проходящий через решетку в сутки, умножим на 30 дней и на 6 месяцев:

200·30·6 = 36000 (л).

Шаг третий: Найдём объём кислорода, который расходуется на окисление железа. Для этого умножим найденный объём кислорода на 60 и разделим на 100:

(36000·60) : 100 = 21600 (л).

Шаг четвёртый: Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с кислородом в нейтральной среде:

2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2.

Шаг пятый: Найдём массу железа, окисленного 21600 л кислорода.

Для этого составим пропорцию с учётом того, что масса 1 моль железа равна 56 г/моль, а 1 моль газа в нормальных условиях занимает 22,4 л.

2·56 г железа реагирует с 22,4 л кислорода;

х г железа реагирует с 21600 л кислорода.

х = (2·56·21600) : 22,4 = 108000 (г) = 108 кг.

Ответ: 108.

причины появления, на каких металлах появляется

Контактная коррозия металлов – это одно из часто встречающихся явлений, способных привести к их повреждению, потере эксплуатационных характеристик и полному разрушению.

Явление наблюдается, когда контактируют два металла, отличающиеся по электромеханическим свойствам.

Большинство рекомендаций по производству и эксплуатации металлоконструкций отмечают, что компоновать металлы нужно с учетом их совместимости.

Но это требование не всегда соблюдается.

Рассмотрим особенности коррозийного процесса и постараемся ответить на вопрос о том, какие материалы совмещаются между собой.

В зависимости от типа металлов, при контакте они ведут себя по-разному.

К примеру, контактная коррозия распространена при соприкосновении углеродистой стали и алюминия, меди и железа, цинка и алюминия. И это – только часть возможных сочетаний.

Иногда контактная коррозия наблюдается и в случае, если происходит контакт одинаковых металлов. Также появляются проблемы в месте соединения при сварке, по шву, из-за использования специальных присадочных проволок и других материалов.

Почему появляется контактная коррозия

Причина распространения коррозии – возникновение компромиссного потенциала. Он отличается по своим показателям от соприкасающихся металлов.

В итоге появляется пересечение анодной и катодной кривой.

В качестве анода выступает металл, у которого электроотрицательный потенциал выше, чем у другого. Электроположительный металл становится катодом.

Многое зависит и от типа электролита. Это приводит к тому, что увеличится скорость растворения и протекания процесса.

Стоит также учесть и скорость растворения анода. На нее влияет разность катодных и анодных потенциалов.

Значение также имеет уровень компромиссного потенциала. На него влияет тип металлов, которые вступают в контакт.

Есть и 4 внешних фактора, которые оказывают на него воздействие. К ним относятся такие, как:

  • Температура самого металла и среды, в которой он находится.
  • Уровень аэрации, доступ кислорода.
  • Особенности окружающей среды, степень загрязненности и типы рассеянных в воздухе частиц.
  • Уровень влажности, наличие прямого контакта с водой, постоянного намокания.

Процесс контактной коррозии развивается в различных средах. Это — открытый воздух, вода, почва.

Если при распространении коррозии, на материал неравномерно воздействует кислород, велика вероятность появления дифференциальной аэрации.

Это затрудняет катодную реакцию и влияет на саму интенсивность протекания процесса.

Особенности проявления катодной коррозии для разных типов металлов и сплавов

На особенности протекания коррозии влияет тип сплавов и металлов, которые контактируют друг с другом.

Все особенности сочетаний указаны в таблице ниже.

Тип металла

Сочетания

Примечания

Алюминий и оксидированные сплавы.

Магний и его оксидированные сплавы, прошедший пассивацию кадмий, разные типы стали – как окрашенной, так и оцинкованной, фосфатированной.

Допускается применение сочетаний с низким риском появления коррозии как в жестких, так и в средних условиях.

Магний и разные виды сплавов

Магний и сплавы, в том числе, при покрытии грунтом и лаком, анодированный алюминий и сплавы, сталь с хромовым покрытием, а также с нанесенным сверху цинком, кадмием, оловом и другими видами продукции.

Допускается применение сочетаний с низким риском появления коррозии как в жестких, так и в средних условиях.

Медь и разные виды сплавов

Никель, олово, хром, золото, анодированный алюминий. Допускается применение припоя оловянно-свинцового типа. Допускается сочетание с разными вариантами сплавов анодированного алюминия, окрашенной или фосфатированной стали.

Допускается применение сочетаний с низким риском появления коррозии как в жестких, так и в средних условиях.

Ценные металлы -родий, серебро, палладий, золото

Все перечисленные виды металлов отлично сочетаются друг с другом с низким риском появления контактной коррозии. Можно также использовать изделия с оловом, никелем, алюминием, хромом и различными вариантами сплавов.

—-

Цинк и сплавы

Сочетаются с разными вариантами стали, в том числе, хромникелевой, фосфатированной, окрашенной. В процессе обработки можно использовать в качестве припоя олово, а также его сочетание со свинцом. Среди других допустимых сочетаний – никель, анодированный алюминий и разные типы сплавов.

—-

Олово и сплавы

Среди допустимых сочетаний можно назвать никель, хром, олово, медь, припои из сплава свинца и олова. Сталь в контакте может быть покрытой цинковым слоем, окрашенной или анодированной, если планируется использование в контакте с морской водой. Можно также использовать такой вариант материала с золотом и серебром.

—-

Хром и никель

Одни из наиболее сочетаемых с другими разновидностями сырья. Список допустимых для контакта металлов очень большой – от золота, меди и сплавов до хрома, никеля, меди, цинка, кадмия и других.

—-

Кадмий

Может соприкасаться с хромом, прошедшим процесс пассивации оловом, цинком, никелем, кадмием, припоем из олова и свинца. Сталь может быть как хромникелевой, так и хромистой, а также с дополнительным полимерным покрытием.

—-

Меры предосторожности для недопущения развития контактной коррозии

Чтобы риск контактной коррозии металла снизился, нужно соблюдать 3 рекомендации. К ним относятся следующие:

  • Будьте осторожны с покрытиями. Это актуально в том случае, если планируется использовать изделие в районах с тропическим климатом и рядом с морем. Дополнительное покрытие не стоит наносить на участки деталей, где планируется сварка внахлест, установка заклепок из других видов сырья. Причина заключается в особенностях поведения электролита, когда коррозия значительно усиливается.
  • При проведении сварки и клепки деталей, покрытие нужно снимать. После того, как все работы проведены, сверху можно будет наносить полимерное покрытие для борьбы с негативным воздействием окружающей среды.
  • Не стоит использовать гальваническое покрытие в том случае, если перед вами деталь из черных или цветных металлов, прошедшие через литьевые формы.

Чтобы не допустить появления коррозии, всегда нужно понимать, с какими металлами вы работаете, и как они сочетаются друг с другом. Чтобы уменьшить степень интенсивности разрушения металла, нужно как можно скорее удалить соприкасающиеся отрезки сырья друг от друга.

Когда деталь используется в агрессивных средах, можно предусмотреть специальные прокладки. Хорошо справляется с задачей использования в морской воде магний и большинство его сплавов, цинк, алюминий и другие.

В качестве изоляции между элементами могут выступать металлические или полимерные лакокрасочные покрытия. Хорошим решением станут свинцовые детали.

Защитим ваши металлические изделия от коррозии

Наша компания выполняет задачи по проведению горячей оцинковки разных видов материалов. Среди преимуществ работы с нами есть такие, как:

  • Опыт работы с 2007 года. Регулярно сотрудничаем со многими постоянными клиентами.
  • Большая производственная база. У нас есть три цеха горячего цинкования. Мощность предприятия составляет 120 тысяч тонн в год.
  • Универсальность. Работаем даже со срочными заказами и любыми видами изделий. На предприятии установлена самая глубокая ванна в ЦФО. Ее глубина составляет 3,43 метра.
  • Качественное оборудование. Используем в обработке технику от таких крупных брендов, как KVK KOERNER и EKOMOR.

Мы гарантируем полное соответствие требованиям ГОСТ 9.307-89. Готовы ответить на все интересующие вас вопросы и быстро приступить к выполнению поставленной задачи.

Вернуться к статьям

Поделиться статьей

Электрохимическая коррозия: причины, типы, скорость протекания

Электрохимическая коррозия относится к наиболее часто встречающимся процессам постепенного разрушения металла.

Как мы знаем, наше окружение наполнено электричеством.

В зависимости от среды, меняются показатели проводимости. Не отличается то, что при контакте с такой средой сталь начинает постепенно портиться.

У процесса есть несколько важных отличий.

В первую очередь – неодновременное протекание восстановления окислительного процесса и ионизации атомов металла.

На интенсивность распространения при этом влияет такой параметр, как электродный потенциал металла.

Главная причина электрохимической коррозии в том, что большинство металлов проявляют термодинамическую неустойчивость.

Примеры распространения коррозии такого типа встречаются в воде, почве, на открытом воздухе.

Она часто становится причиной потери прочности и постепенного разрушения металла на днище судов, трубопроводов, опор ЛЭП и других объектов.

Если говорить о типах электрохимической коррозии, то называют 3 разновидности:

  • щелевые поражения;
  • питтинги;
  • межкристаллическое повреждение.

Повреждаться могут разные типы металлов в зависимости от их расположения. Ржавчина появляется при контакте со стоячей и текущей водой, в местах соединения разных металлов, а также на сварных швах.

Какие механизмы отвечают за протекание электрохимической коррозии

Такое повреждение металла проводится двумя механизмами – гомогенным и гетерогенным. Рассмотрим каждый из них подробно.

  • Гомогенный. Первоначально затрагивается поверхностный слой металлического изделия. Постепенно металл начинает растворяться под действием актов – катодного или анодного. На протяжении определенного времени происходит миграция катода и анода. Со временем процесс ускоряется. Особенность гомогенного механизма в том, что затрагивает как твердые, так и жидкие металлы. Меняется только скорость течения.
  • Гетерогенный. У большинства твердых металлов не наблюдается гомогенной поверхности. Это связано с тем, что в самом материале состав кристаллической решетки может отличаться. Также как и в описанном выше случае, формируется анодный и катодный процессы, металл начинает постепенно разрушаться.

У такого вида процесса есть несколько особенностей.

В первую очередь – четкое деление на катодный и анодный процесс. Один из основных факторов, влияющих на их скорость протекания относительно друг друга – это время.

Схема электрохимической коррозии

В зависимости от типа металла, коррозия может быть локализована на отдельных участках. Также наблюдается растворение поверхностного слоя на анодах, что позволяет поражению затронуть обширные площади.

Здесь появляется еще одна особенность протекания процесса – формирование гальванических элементов. Это происходит из-за специфики структуры поверхности, на которой присутствуют микроэлектроды.

Из-за чего начинает развиваться коррозия

После того, как мы рассмотрели суть электрохимической коррозии, пришло время обратить внимание на причины распространения коррозии.

Среди них три распространенные:

  • Сплав имеет неоднородную структуру. В большинстве сплавов поверхность негомогенная, потому что в кристаллической решетке присутствуют посторонние включения. Ухудшает ситуацию и присутствие пор макро и микротипа. Это приводит к тому, что продукты коррозии также начинают образовываться неравномерно.
  • Неоднородная среда, в которой находится металл. Чтобы коррозия протекла быстрее, важен фактор доступа окислителя. Электрохимическая реакция может быть ускорена.
  • Отличие физических условий. Коррозия усиливается в том случае, если происходит облучение, в среде присутствуют блуждающие тока. Негативно влияет и температура, особенно при перепадах. В таком случае разница между холодными и теплыми местами становится причиной появления анода.

Именно по причине различия в критических факторах, скорость электрохимической коррозии может сильно меняться.

Главные внутренние факторы протекания электрохимической коррозии

На интенсивность распространения коррозийного поражения влияют две группы факторов – внешние и внутренние.

Текущее состояние поверхности металла

Когда поверхность металла неровная, коррозийный процесс протекает намного интенсивнее. Если на поверхности присутствуют небольшие выступы, они начинают накапливать воду.

Это может негативно повлиять на интенсивность распространения.

Чтобы не допустить такого фактора, важно использовать отшлифованный или отполированный металл.

Когда сталь гладкая, вода не так сильно повреждает ее, потому что постепенно происходит формирование равномерной пленки по всей поверхности.

Также хорошим средством для уменьшения поражения становится применение пассивирования, а также ряд других способов.

Степень термодинамической стойкости металла

Разные виды материалов отличаются разными показателями термодинамической устойчивости.

Наиболее стойкие разновидности материала не разрушаются при помещении в агрессивную среду.

Чтобы понять, есть ли у металла склонность к коррозии под действием термодинамических факторов, измеряют потенциал анодного и катодного процесса, а также изобарно-изотермического.

Именно такой фактор оказывает большое влияние на потенциальное воздействие среды на постепенное развитие коррозии.

К сожалению, у большинства представленных в продаже марок металлов стойкость невысокая. Есть и неустойчивые разновидности, у которых этот риск нивелируется благодаря склонности к образованию пассивных пленок на поверхности.

Кристаллографическая структура

Оказывает прямое воздействие на металл.

Как известно, атомы в кристаллической решетке располагаются по-разному. Лучше защищены те разновидности, у которых атомы упакованы неплотно.

Особенности решетки также учитывают при планировании защиты материала методом создания на нем специальных пленок. И пленка и сам основной материал должны четко соответствовать по составу друг другу или быть максимально приближенными.

В этом случае исключается появление напряжения, которое негативно отражается на текущем состоянии заготовки. Если контакт с агрессивной средой все-таки происходит, материал начинает разрушаться слой за слоем.

Гетерогенность

Этот фактор рассматривается в непосредственной связи с величиной зерна металла.

Если в сплаве есть выраженные анодные включения, они сильно влияют на ускорение протекания коррозии.

Катодные включения не столь опасны, потому что на интенсивности процесса не отражаются. Величина зерна как фактор риска рассматривается не так часто и этим показателем можно пренебречь.

Не стоит сбрасывать со счетов и механические факторы

Важно понимать, что многие конструкции из металла используются под постоянным напряжением.

К этой категории относится повышенное внутреннее напряжение, когда сильно увеличивается риск деформации.

Негативно влияют на качество металла также воздействие истирания, периодические контакты с другими металлическими изделиями.

Такой фактор оказывает значительное влияние на интенсивность распространения повреждения.

Даже если само сырье первоначально обладало стойкостью к потенциальным повреждениям, в таком случае она уменьшится – формируемые пленки просто не будут закрепляться на поверхности.

Потому лучше сразу исключить это условие электрохимической коррозии – постараться не использовать металлоконструкции под пиковыми сильными нагрузками, не допускать возникновения трения и соприкосновения между собой стальных деталей.

Основные внешние факторы электрохимической коррозии

Кроме внутренних, на металл также влияют и внешние факторы.

Они могут не только ускорять, но и замедлять процесс, а также влиять на характер его протекания.

К ним относятся следующие:

  • Температура. Температура сильно влияет на то, как себя ведет металл в разных условиях. От нее сильно зависит то, насколько быстро будут растворяться вторичные продукты коррозии. Среди других особенностей – запуск и стимуляция диффузионных процессов в металле, создание перенапряжения на электродах и другие проявления. Когда металлическое изделие помещается в растворы с кислородной деполяризацией, по мере прогрева электролита диффузия окислителя ускоряется. На фоне этого наблюдается сильное снижение перенапряжения ионизации кислорода.

Если деталь помещается в растворы неокисляющихся кислот, наблюдается коррозия с водородной деполяризацией.

Повышение температуры уменьшает скорость распространения повреждений, потому что сильно снижается перенапряжение водорода.

Отдельно стоит отметить ситуацию, когда металл уже покрывается специальной защитной пленкой. В этом случае сам тип пленки будет влиять на то, как именно она поведет себя при контакте с разными видами внешних угроз, в том числе, с повышением температуры.

Нагрев и охлаждение могут отразиться на состоянии катодов и анодов через их внутренние процессы.

В некоторых случаях полярность электродов значительно меняется.

Как мы уже отмечали выше, проблемы могу возникать из-за того, что разные участки детали нагреты до отличающихся друг от друга температур.

В этом случае стремительно увеличивается количество термогальванических пар, стимулирующих распространение коррозии на новые участки.

  • Уровень рН раствора, в который помещен металл. Такой показатель как рН указывает, насколько в растворе будут активными ионы водорода, и как быстро коррозия будет распространяться по материалу. Это опасно, потому что может непредсказуемо менять потенциал катодных процессов, формирование окисных пленок. Также создается значительное перенапряжение реакции на электродах. Рекомендуется не допускать контакта металла со средами, у которых показатель рН высокий.

Если по каким-то причинам металлическая заготовка оказалась помещена в раствор, большое значение будет иметь скорость, с которой он движется, а также само наличие внутренних колебаний.

Заранее определить точное воздействие будет сложно по той причине, что всегда непросто предсказать, как поведут себя нейтральные электролиты.

Cчитается, что при смешении электролита, меняются показатели диффузии кислорода, что значительно отражается на процессе протекания коррозии.

Можно уделять меньше внимания скорости движения электролита в том случае, если вы имеете дело со средами повышенной кислотности.

На них подобное поражение оказывает минимум влияния.

Чем отличаются анодный и катодный процессы

Если вы внимательно проследите за тем, как работает гальванический элемент, то увидите, что в нем протекают сразу два связанных друг с другом процесса – анодный и катодный.

Рассмотрим их более подробно.

Анодный процесс

В химии показывается формулой Fe → Fe2+ + 2e. Она показывает, что постепенно запускается окисление, ионы металла начинают переход в раствор.

Катодный процесс

Может протекать по-разному.

В частности, переизбыток электронов решается ассимиляцией атомами электролита и его молекул. На фоне этого происходит восстановительная реакция непосредственно на самом катоде.

Формула будет зависеть от того, в каких условиях протекает реакция.

Так при наличии водородной деполяризации можно записать процесс как  2 H+ + 2e → h3.

Важно понимать, что оба процесса сильно связаны друг с другом под влиянием кинетического фактора.

С течением времени может происходить взаимное замедление или ускорение анодного или катодного процесса. При этом сам анод всегда будет оставаться тем местом, на котором формируется коррозия металла.

Во время анализа протекания процесса коррозии часто обращают внимание на электропроводящие фазы и момент после их соприкосновения.

Обычно одна фаза имеет положительный заряд, в то время как другая – отрицательный. Это приводит к появлению разности потенциалов.

Таким образом возникает ДЭС или как его часто называют ученые – двойной электрический слой с ассиметричным расположением частиц в местах, где фазы разделяются.

Опасным для металла становится скачок потенциалов. Он может стимулироваться двумя центральными причинами:

  • Большая накопленная энергия гидратации. В таком случае наблюдается отрыв ионов металла и постепенное перетекание их в раствор. На поверхности в результате остается аналогичное число электронов, заряд становится отрицательным. Далее, в соответствии с законами физики, наблюдается перетекание катионов из раствора, формируется ДЭС на границе, как мы уже описывали выше.
  • Разряжение катионов электролита. В результате металл начинает стремительно принимать положительный заряд. ДЭС появляется из-за активности анионов раствора в контакте с катионами электролита.

Что происходит в том случае, если поверхностный слой металла совсем не имеет определенного заряда?

В таком случае ДЭС наблюдаться не будет, возникнет явление нулевого заряда.

Его потенциал будет отличаться в зависимости от того, с каким металлом вам приходится работать.

Описанный процесс значительно отражается на том, как протекает коррозия и как быстро она захватывает все новые и новые участки металла.

В современной науке нет средств, которые могли бы точно измерить величину скачка потенциала, значит и процесс формирования электродвижущей силы оказывается на таким интенсивным.

Если рассматривать вопросы, связанные с процессом поляризации, можно написать отдельную статью на эту тему.

Потому далее мы рассмотрим другой важный показатель – поляризацию.

Поляризация и ее влияние на скорость протекания коррозии

Процесс поляризации связан с интенсивностью распространения электрохимической коррозии.

Этот показатель отражает, насколько сильное перенапряжение наблюдается на определенном участке.

Принято выделять три вида поляризации:

  • Электрохимическая. Чаще всего наблюдается в ситуации, когда катодный и анодный процессы начинают замедляться.
  • Фазовая. Возникает в том случае, если на поверхности материала формируется новая фаза.
  • Концентрационная. Этот процесс появляется в том случае, если есть очень малые показатели скорости отвода продуктов коррозии, а также подхода деполяризатора.

Особенности поляризации также стоит учитывать в том случае, если вы заинтересованы в дополнительной защите металлов от постепенного разрушения.

Обеспечиваем эффективную защиту от коррозии

Наша компания предлагает заказчикам защиту металлоконструкций разных типов от коррозии.

Мы используем методику горячего цинкования.

В пользу работы с нами говорит сразу несколько факторов:

  • Опыт работы с 2007 года, есть постоянные заказчики.
  • Большие производственные площади. Три цеха для горячего цинкования, мощность 120 тысяч тонн в год.
  • Универсальность. Работаем со множеством видов изделий благодаря установленной на предприятии самой глубокой ванны в ЦФО – 3,43 метра.

Мы используем в процессе проверенное европейское оборудование. Даем гарантию соответствия качества товаров требованиям ГОСТ 9.307-89.

Чтобы получить дополнительные консультации и ответы на интересующие вас вопросы, звоните нам или оставляйте заявку на сайте.

Вернуться к статьям

Поделиться статьей

Коррозия металлов — доклад сообщение 9 класс по химии

В природе рано или поздно все ломается, разрушается, приходит в негодность. Деревья и растения засыхают, цветы вянут, а люди умирают от различных причин. Даже неживым предметам грозит такой конец. Металлы, из которых создается разного рода техника, являются хорошим примером. Причин разрушения металлов достаточно: прогиб, трещины, износ или пластическая деформация. Но самая распространенная причина – это коррозия. Как она возникает? Чем грозит для людей? И приносит ли коррозия хоть какую-нибудь пользу?

Коррозия – это приход материала в негодность из-за разных воздействий окружающей среды на него. Синонимом слову коррозия является другое слово – ржавчина. Наиболее хорошо данный процесс можно увидеть на примере коррозии железа в водной среде с участием кислорода:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

Тут стоит обратить внимание на химическое соединение Fe(OH)3 – гидроксид железа. Это основание и есть та ржавчина, которую люди видят повседневно. К неметаллам понятие коррозии не относится, в большинстве случаев. Температура влияет на то, насколько быстро или медленно протекает процесс коррозии.

Главные виды коррозий и их отличия.

Всего отмечают 4 типа коррозий. Они все относятся к металлам, как правило.

1) Электрохимическая.

Короче говоря, это коррозия, происходящая под действием на определенный металл или изделие из соответствующего элемента электролита. Например, капля воды. Если поместить металл в водную среду и там будет присутствовать какая – либо соль, то процесс будет проходить быстрее.

2) Водородная.

Такая коррозия случается тогда, когда при реакции с металлом восстанавливается вода или гидроксоний (h4O). Наглядно рассмотреть процесс данного вида коррозии можно на следующей реакции:

2h4O+ + 2e = 2H2O + H2

3) Кислородная.

Эта коррозия похожа на прошлую, только в данном случае выделяться будет кислород:

O2 + 2H2O + 4e = 4OH

Стоит уточнить один момент. Все виды, рассмотренные ранее, относятся к тем ситуациям, когда друг с другом действуют 2 металла. Еще есть случай с одним металлом, когда поверхность вещества неоднородна. Это химическая коррозия.

Доклад 2

Под воздействием атмосферных или иных условий эксплуатации металлические поверхности покрываются рыжей, рыхлой пленкой, которая называется ржавчиной или коррозией. Учеными установлено, что на производстве 10% всех металлических изделий становится непригодными.

Происходит процесс разрушения конструкции, качество ухудшается, и они приходят в негодность.

Коррозийный процесс зависит от таких факторов как:

  • вида среды;
  • условий и механизма протекания;
  • температуры;
  • других.

Коррозийный процесс различают:

  • по характеру разрушения;
  • по условиям протекания.

Химическая и электрохимическая коррозии

Химическая коррозия возникает в результате взаимодействия кислорода с металлом и встречается часто. В этом процессе могут участвовать вода, соль, кислота, щелочь, растворы солей. Они образуют окись железа, что приводит к появлению ржавчины. Различают два вида химической коррозии:

  • газовая;
  • жидкостная.

Электрохимическая коррозия

В среде электролитов атом выпадает из кристаллической решетки и происходит анодная и катодная реакция. Ионы металла (электроны) проникают в раствор и далее соединяются с окислителем. Этот процесс называется деполяризацией.

Электрохимическая коррозия существуют в двух разновидностях:

  • в электролитах;
  • атмосферная коррозия.

Металлические поверхности, контактируя с воздухом, в некоторых местах поверхности могут быть анодом, другие катодом. Такую коррозию называют:

  • аэрационная;
  • морская;
  • биологическая;
  • другие.

Методы защиты от коррозии

Ущерб от коррозии ежегодно исчисляется миллиардными убытками. И способы защиты покрытий являются основой для защиты металлических конструкций от коррозии.

Защитные покрытия подразделяются:

  • анодное или катодное;
  • лаком, битумом, красками;
  • химическими составами;
  • протекторная защита.

Самой популярной в настоящее время является лакокрасочная защита металлических конструкций. Стоит недорого, защищает поверхность в течение 7- 8 лет, а другие средства защиты металлических конструкций от коррозии являются более затратными.

Загрязнение атмосферы влияет на процессы коррозии металлов и исключить

это разрушение невозможно. Можно только замедлить коррозийный процесс, применяя различные методы защиты.

Коррозия металлов

Интересные ответы

  • Прыжки в высоту — сообщение доклад

    Сфера человеческой деятельности по правде велика и многообразна, и, конечно же, за всё время своего существования и постоянного развития, человечество смогло добиться достаточно больших высот, которые и продолжают достигаться

  • Жизнь и творчество Аркадия Гайдара

    Аркадий Петрович Гайдар (1904-1941 гг.), настоящей фамилией которого является Голиков, относится к одному из известных советских писателей, посвятившего свое творчество детской аудитории.

  • Доклад на тему Муравьи (3, 7 класс сообщение по биологии)

    Они появились примерно 130 млн. лет назад. Их предками были осы. Это самое высокоорганизованное общество насекомых на земле.

  • Гусеобразные — сообщение доклад (биология 7 класс)

    Подряд гусеобразных птиц включает в себя около 150-ти видов, которых можно встретить практически на всех материках планеты Земля.

  • Жизнь и творчество Карло Гоцци

    Карло Гоцци (1720-1806 гг.) является известным итальянским драматургом и писателем, из-под пера которого вышло большое количество сказочных пьес, именуемых фьябами, основанных на фольклорных элементах сюжетной линии

Коррозия металлов в химии

Различают коррозию в газах (газовая коррозия), происходящую при высоких температурах в отсутствии воздействия влаги на поверхности металлов, и электрохимическую коррозию (коррозия в растворах электролитов, а также коррозия во влажной атмосфере). В результате газовой коррозии на поверхности металлов образуются оксидные, сульфидные и т.д. пленки. Этому виду коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания и т.д.

В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых продуктов, так и переходу металла в раствор в виде ионов. Этому типу коррозии подвергаются трубопроводы, находящиеся в земле, подводные части кораблей и т.д.

Любой раствор электролита – водный раствор, а в воде содержатся кислород и водород, способные к восстановлению:

O2 + 4H+ +4e = 2H2O (1)

2H+ +2e=H2 (2)

Эти элементы являются окислителями, которые вызывают электрохимическую коррозию.

При написании процессов, происходящих при электрохимической коррозии важно учитывать стандартные электродные потенциалы (ЭП). Так, в нейтральной среде ЭП процесса 1 равен 0,8B, поэтому окислению кислородом подвергаются металлы ЭП которых меньше, чем 0,8B (металлы, расположенные в ряду активности от его начала до серебра).

ЭП процесса 2 — -0,41В, значит окислению водородом подвергаются только те металлы, потенциал которых ниже, чем -0,41В (металлы, расположенные в ряду активности от его начала до кадмия).

На скорость коррозии большое влияние оказываю примеси, которые может содержать тот или иной металл. Так, если в металле имеются примеси неметаллического характера, а их ЭП выше, чем ЭП металла, то скорость коррозии существенно повышается.

Виды коррозии

Различают несколько видов коррозии: атмосферную (коррозия во влажном воздухе при н.у.), коррозию в грунте, коррозия при неравномерной аэрации (доступ кислорода к разным частям металлического изделия, находящегося в растворе, неодинаков), контактная коррозия (соприкосновение 2х металлов, с разными ЭП в среде, где присутствует влага).

При коррозии на электродах (аноде и катоде) происходят электрохимические реакции, которые можно записать соответствующими уравнениями. Так, в кислой среде электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией, т.е. на катоде выделяется водород (1). В нейтральной среде электрохимическая коррозия протекает с кислородной деполяризацией — на катоде происходит восстановление воды (2).

А (анод) (-): Me — ne →Men+ – окисление

К (катод) (+):2H+ +2e=H2↑ — восстановление (1)

А (анод) (-): Me — ne →Men+ – окисление

К (катод) (+): O2 + 2H2O + 4e → 4OH — восстановление (2)

В случае атмосферной коррозии на электродах происходят следующие электрохимические реакции (причем на катоде, в зависимости от среды могут протекать различные процессы):

А (анод) (-): Me→Men+ +ne

К (катод) (+): O2 + 2H2O + 4e → 4OH (в щелочной и нейтральной среде)

К (катод) (+): O2 + 4H+ + 4e → 2H2O (в кислой среде)

Защита от коррозии

Для защиты от коррозии применяют следующие методы: использование химически стойких сплавов; защита поверхности металлов покрытиями, в качестве которых чаще всего используют металлы, покрывающиеся на воздухе оксидными пленками, устойчивыми к действию внешней среды; обработка коррозионной среды; электрохимические методы (катодная защита, метод протекторов).

Примеры решения задач

17.6 Коррозия – Химия 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Дайте определение коррозии
  • Перечислите некоторые методы, используемые для предотвращения или замедления коррозии

Коррозия обычно определяется как разрушение металлов естественным электрохимическим процессом. Образование ржавчины на железе, потускнение серебра и сине-зеленая патина на меди — все это примеры коррозии.Общие затраты на устранение коррозии в Соединенных Штатах значительны: по оценкам, они превышают полтриллиона долларов в год.

Химия в повседневной жизни

Статуя Свободы: изменение цвета

Статуя Свободы — достопримечательность, которую признает каждый американец. Статую Свободы легко узнать по высоте, осанке и уникальному сине-зеленому цвету (рис. 17.15). Когда эта статуя была впервые доставлена ​​из Франции, ее внешний вид не был зеленым.Он был коричневым, цвета его медной «кожи». Так как же Статуя Свободы изменила цвет? Изменение внешнего вида было прямым результатом коррозии. Медь, которая является основным компонентом статуи, медленно окислялась на воздухе. Окислительно-восстановительные реакции металлической меди в окружающей среде протекают в несколько стадий. Металлическая медь окисляется до оксида меди(I) (Cu 2 O), который имеет красный цвет, а затем до оксида меди(II), который имеет черный цвет

2Cu(т)+12O2(г)⟶Cu2O(т)(красный)2Cu(т)+12O2(г)⟶Cu2O(т)(красный) Cu2O(т)+12O2(г)⟶2CuO(т)(черный)Cu2O(т)+12O2(г)⟶2CuO(т)(черный)

Уголь, часто содержащий большое количество серы, активно сжигался в начале прошлого века.В результате атмосферный триоксид серы, углекислый газ и вода прореагировали с CuO

. 2CuO(т)+CO2(г)+h3O(ж)⟶Cu2CO3(OH)2(т)(зеленый)2CuO(т)+CO2(г)+h3O(ж)⟶Cu2CO3(OH)2(т)( зеленый) 3CuO(т)+2CO2(г)+h3O(ж)⟶Cu2(CO3)2(OH)2(т)(синий)3CuO(т)+2CO2(г)+h3O(ж)⟶Cu2(CO3)2 (ОН) 2 (с) (синий) 4CuO(т)+SO3(г)+3h3O(ж)⟶Cu4SO4(OH)6(т)(зеленый)4CuO(т)+SO3(г)+3h3O(ж)⟶Cu4SO4(OH)6(т)( зеленый)

Эти три соединения ответственны за характерную сине-зеленую патину, которую можно увидеть на Статуе Свободы (и других наружных медных конструкциях).К счастью, образование патины создает защитный слой на поверхности меди, предотвращая дальнейшую коррозию нижележащей меди. Формирование защитного слоя называется пассивацией , явление, обсуждаемое далее в другой главе этого текста.

Фигура 17.15 (а) Статуя Свободы покрыта медной кожей и изначально была коричневой, как показано на этой картине. (b) Воздействие элементов привело к образованию сине-зеленой патины, наблюдаемой сегодня.

Пожалуй, самым известным примером коррозии является образование ржавчины на железе. Железо ржавеет под воздействием кислорода и воды. Образование ржавчины включает создание гальванического элемента на поверхности железа, как показано на рис. 17.15. Соответствующие окислительно-восстановительные реакции описываются следующими уравнениями:

анод: Fe(s)⟶Fe2+(водн.)+2e-EFe2+/Fe°=-0,44 Vкатод:O2(г)+4H+(водн.)+4e-⟶2h3O(ж)EO2/O2°=+1,23 Всего:2Fe (т)+O2(г)+4H+(водн.)⟶2Fe2+(водн.)+2h3O(л)Ecell°=+1,67 Ванод:Fe(т)⟶Fe2+(водн.)+2e-EFe2+/Fe°=-0.44 Vкатод:O2(г)+4H+(водн.)+4e-⟶2h3O(ж)EO2/O2°=+1,23 Всего: 2Fe(т)+O2(г)+4H+(водн.)⟶2Fe2+(водн.)+2h3O (l)Ecell°=+1,67 В

Дальнейшая реакция продукта железа (II) во влажном воздухе приводит к образованию гидрата оксида железа (III), известного как ржавчина:

4Fe2+(водн.)+O2(г)+(4+2x)h3O(ж)⟶2Fe2O3·xh3O(т)+8H+(водн.)4Fe2+(водн.)+O2(г)+(4+2x)h3O(ж) ⟶2Fe2O3·xh3O(т)+8H+(водн.)

Стехиометрия гидрата варьируется, на что указывает использование x в формуле соединения. В отличие от патины на меди, образование ржавчины не создает защитного слоя, поэтому коррозия железа продолжается, поскольку ржавчина отслаивается и подвергает свежее железо воздействию атмосферы.

Фигура 17.16 Коррозия может возникнуть, когда окрашенная железная или стальная поверхность подвергается воздействию окружающей среды из-за царапин на краске. В результате получается гальванический элемент, который может быть аппроксимирован упрощенной схемой элемента Fe( s ) | Fe 2+ ( водный раствор ) ||O 2 ( водный раствор ), H 2 O( l ) | Fe( с ).

Один из способов уберечь железо от коррозии — красить его. Слой краски предотвращает контакт воды и кислорода, необходимых для образования ржавчины, с железом.Пока краска остается неповрежденной, железо защищено от коррозии.

Другие стратегии включают сплав железа с другими металлами. Например, нержавеющая сталь — это сплав железа, содержащий небольшое количество хрома. Хром имеет тенденцию собираться вблизи поверхности, где он подвергается коррозии и образует пассивирующий оксидный слой, защищающий железо.

Железо и другие металлы также могут быть защищены от коррозии путем гальванизации, процесса, при котором металл, подлежащий защите, покрывают слоем более легко окисляемого металла, обычно цинка.Когда слой цинка не поврежден, он предотвращает контакт воздуха с нижележащим железом и, таким образом, предотвращает коррозию. Если слой цинка поврежден либо коррозией, либо механическим истиранием, железо все еще можно защитить от коррозии с помощью процесса катодной защиты , который описан в следующем абзаце.

Еще одним важным способом защиты металла является использование его в качестве катода в гальваническом элементе. Это катодная защита, которую можно использовать не только для железа, но и для других металлов. Например, ржавчину подземных резервуаров и труб для хранения железа можно предотвратить или значительно уменьшить, соединив их с более активным металлом, таким как цинк или магний (рис. 17.17). Это также используется для защиты металлических частей водонагревателей. Более активные металлы (с более низким восстановительным потенциалом) называются жертвенными анодами, поскольку они изнашиваются по мере их коррозии (окисления) на аноде. Защищаемый металл служит катодом для восстановления кислорода в воздухе, поэтому он просто служит для проведения (а не для реакции) переносимых электронов. Когда аноды должным образом контролируются и периодически заменяются, полезный срок службы резервуара для хранения железа может быть значительно увеличен.

Фигура 17.17 Катодная защита является полезным подходом к электрохимическому предотвращению коррозии подземных резервуаров для хранения.

Коррозия | Введение в химию

 

Цель обучения
  • Обсудите распространенные причины коррозии металлических поверхностей

Ключевые моменты
    • Коррозия — это двухстадийный процесс, для которого необходимы три вещи: металлическая поверхность, электролит и кислород.
    • В процессе коррозии атомы металла на уровне поверхности растворяются в водном растворе, оставляя металл с избыточным отрицательным зарядом. Образовавшиеся ионы удаляются подходящим акцептором электронов.
    • Коррозию можно рассматривать как самопроизвольное возвращение металлов в форму их руд в процессе окисления.
    • Проводящие свойства металла позволяют проводить стадии окисления и восстановления в отдельных местах на поверхности металла.

Срок
  • коррозияЭрозия в результате химического воздействия, особенно окисления.

Когда материалы разрушаются в результате химических процессов, говорят, что они подвергаются коррозии.- \rightarrow M (s)[/латекс]

На этом катодном этапе М представляет собой металл.

Насколько тот или иной металл подвержен коррозии, можно определить по его восстановительному потенциалу. Чем выше восстановительный потенциал металла, тем меньше вероятность его окисления.

Коррозия является обычной неприятностью с реальными последствиями. Мы видим его последствия в ржавых автомобильных рамах, прорывах водопроводов и обрушении мостов.

Коррозия — неприятность На этой фотографии железного моста через реку Нанду в Хайнане, Китай, видны следы коррозии.

 

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией со всего Интернета.Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Коррозия | Безграничная химия

Коррозия

Коррозия возникает, когда металлы разрушаются в результате химических процессов.

Цели обучения

Обсудите распространенные причины коррозии металлических поверхностей

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Коррозия — это двухэтапный процесс, для которого требуются три вещи: металлическая поверхность, электролит и кислород.
  • В процессе коррозии атомы металла на уровне поверхности растворяются в водном растворе, оставляя металл с избыточным отрицательным зарядом. Образовавшиеся ионы удаляются подходящим акцептором электронов.
  • Коррозию можно рассматривать как самопроизвольное возвращение металлов в форму их руд в процессе окисления.
  • Проводящие свойства металла позволяют проводить стадии окисления и восстановления в отдельных местах на поверхности металла.
Основные термины
  • коррозия : Эрозия в результате химического воздействия, особенно окисления.

Когда материалы портятся в результате химических процессов, говорят, что материалы подвергаются коррозии. Коррозия обычно обсуждается в отношении металлов, которые подвергаются электрохимической коррозии. Этот вид коррозии представляет собой двухэтапный процесс, для которого требуются три вещи: металлическая поверхность, электролит и кислород. В процессе коррозии атом металла на поверхности растворяется в водном растворе, оставляя металл с избытком отрицательно заряженных ионов.-[/latex]

Коррозия — неприятность : На этой фотографии железного моста через реку Нанду в Хайнане, Китай, видны следы коррозии.- \rightarrow \text{M} (\text{s})[/latex]

На этом катодном этапе М представляет собой металл.

Насколько тот или иной металл подвержен коррозии, можно определить по его восстановительному потенциалу. Чем выше восстановительный потенциал металла, тем меньше вероятность его окисления.

Коррозия является обычной неприятностью с реальными последствиями. Мы видим его последствия в ржавых автомобильных рамах, прорывах водопроводов и обрушении мостов.

Предотвращение коррозии

Предотвращение коррозии снижает как экономический ущерб, так и ущерб, связанный с безопасностью, связанный с процессом.

Цели обучения

Обсудите общие профилактические меры, которые можно предпринять против коррозии металлической поверхности

Ключевые выводы

Ключевые моменты
    • Для возникновения коррозии необходимы три вещи: электролит, открытая металлическая поверхность и акцептор электронов.
    • Коррозию можно предотвратить, устранив одно из этих условий.
    • Покрытие металлической поверхности краской или эмалью создает барьер между металлом и влагой окружающей среды.
    • Процесс покрытия металлической поверхности другим металлом, который с большей вероятностью будет окислен, называется расходуемым покрытием.

 

Ключевые термины
  • электролит : Вещество, которое в растворе или в расплавленном состоянии ионизирует и проводит электричество.
  • расходуемое покрытие : Металлическое покрытие, которое с большей вероятностью окисляется, чем металл, который оно защищает.
  • гальваника : Для покрытия тонким слоем металла электрохимическим способом; гальванизировать.

Обзор коррозии

Мы узнали, что для возникновения анодной и катодной коррозии необходимы три вещи: электролит, открытая металлическая поверхность и акцептор электронов. Отсюда следует, что мы можем предотвратить коррозию, устранив одно из этих существенных условий. Самым простым условием для удаления является открытая металлическая поверхность.

Установка физического барьера

Покрытие металлической поверхности краской или эмалью создает барьер между металлом и влагой окружающей среды, тем самым устраняя возможность контакта кислорода и влаги с металлом.

Жертвенные покрытия

Процесс покрытия металлической поверхности другим металлом, который с большей вероятностью будет окислен, называется расходуемым покрытием. Склонная к коррозии сталь из сплава железа обычно покрывается цинком, более активным металлом, в процессе, известном как цинкование. Коррозия жертвенного цинка приводит к его окислению; железо восстанавливается, что делает его катодным и препятствует его коррозии.

Оцинкованная поверхность : Защита сплавов железа покрытием из более активного металла в процессе цинкования предотвращает коррозию сплавов.

В противоположность предыдущему сценарию можно наблюдать, когда железо или сплав железа покрывают менее активным металлом, например оловом. Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, коррозия невозможна. Однако если оловянное покрытие разрушается, обнажая нижележащий металл, возникает коррозия. Это связано с тем, что открытое железо подвергается окислению и становится анодным. Олово принимает электроны от окисленного железа, и три критерия коррозии выполняются.

Катодная защита

Другим способом защиты от коррозии является придание металлу непрерывного отрицательного электрического заряда.Этот метод называется катодной защитой. Катодная защита повторяет эффекты расходуемого покрытия, но с более активным металлом. Источником отрицательного заряда обычно является внешний источник питания постоянного тока. Катодная защита используется, в том числе, для защиты подземных топливных резервуаров и трубопроводов.

Пассивация

Пассивация — это процесс, при котором на поверхности металла образуется тонкая пленка продуктов коррозии, которая служит барьером против окисления.На формирование пассивирующего слоя влияют рН, температура и химические условия окружающей среды. Статуя Свободы, например, покрыта сине-зеленой патиной, образовавшейся в результате нескольких химических реакций, которая служит для защиты металлической меди под ней.

Анодирование

Анодирование — еще одна обработка поверхности, защищающая от коррозии. Защищаемый металл заливают специальным веществом, а электрохимические условия регулируют таким образом, чтобы в пленке оксида металла появились однородные поры шириной в несколько нанометров.Эти поры позволяют образовываться оксидной пленке, которая толще пассивирующего слоя. Полученный защитный слой очень твердый и очень эластичный.

Протекторная защита анода

Используя тот же принцип, что и расходуемое пленочное покрытие, расходуемый анод, изготовленный из металла, более активного, чем металл, который вы хотите защитить, можно использовать для предотвращения коррозии погруженных или заглубленных металлических конструкций. Жертвенный анод ржавеет раньше, чем металл, который он защищает. Однако, как только расходуемый анод подвергается коррозии, его необходимо заменить; в противном случае металл, который он защищает, также начнет подвергаться коррозии.

Катодная защита предотвращает коррозию : Гальванический расходуемый анод, прикрепленный к корпусу корабля; здесь жертвенный анод демонстрирует коррозию, а металл, к которому он прикреплен, — нет. Анод, кусок более электрохимически «активного» металла, прикрепляется к уязвимой металлической поверхности, где он подвергается воздействию электролита; потенциал уязвимой поверхности поляризуется, чтобы быть более отрицательным, пока поверхность не станет однородной. На этом этапе устраняется движущая сила коррозионной реакции с защищаемой поверхностью.Гальванический анод продолжает подвергаться коррозии, расходуя материал анода, пока, в конце концов, его не придется заменить, но катодный материал защищен.

Коррозия представляет реальную угрозу целостности личного имущества, а также мостов, дорог и других объектов общественной инфраструктуры. Понимание и реализация стратегий, предотвращающих коррозию, уменьшит как экономический ущерб, так и ущерб, связанный с безопасностью, связанный с процессом.

Химическая коррозия — Концепция — Химическое видео от Brightstorm

Химическая коррозия возникает в результате окисления металла.Это процесс возвращения металлов в их естественное состояние, которое является рудой. Большинство металлов образуют тонкое оксидное покрытие, которое защищает внутренние атомы. Защитное покрытие часто наносится для защиты металла от кислорода и влаги.

В этом сегменте давайте продолжим и обсудим коррозию, которая относится к более широкому разделу электрохимии. Поэтому всякий раз, когда вы слышите слова «электрохимия», вы должны немедленно подумать об окислительно-восстановительных реакциях и вспомнить, откуда исходит поток электронов.поэтому помните, что окисление — это потеря электронов, а восстановление — это приобретение электронов, и что они происходят вместе в паре, и поэтому у вас будет один вид, который окисляет, и один вид, который восстанавливается.

Итак, коррозия, в основном, связана с окислением металла, что опять-таки знакомо нам, и поэтому мы знаем, что это обмен электронами. Таким образом, металл окисляется восстановителем. Итак, процесс возвращения металлов в их естественное состояние, то есть в руду, происходит при коррозии.Таким образом, он превращается из красивого, блестящего и красивого в довольно ржавый и отвратительный. Так что очевидно, что в естественном рудном состоянии он не так привлекателен, как в блестящем металлическом состоянии.

Итак, поскольку мы знаем, что большинство металлов реагируют в окружающей среде с кислородом, как нам избежать коррозии или замедлить ее? Таким образом, большинство металлов образуют тонкое оксидное покрытие, которое защищает внутренние атомы от коррозии. Таким образом, вы можете получить некоторую начальную коррозию снаружи, а затем в какой-то момент они образуют эту оксидную пленку, которая замедляет процесс коррозии.Например, алюминий является популярным. Алюминий в изобилии присутствует в окружающей среде, поэтому он легко теряет электроны и поэтому должен легко окисляться кислородом. И все же алюминий используется для создания множества крупных конструкций, таких как самолеты и тому подобное. Таким образом, он образует слой оксида алюминия Al2O3, который предотвращает его дальнейшую коррозию. И другие подобные металлы делают то же самое. Никель и хром и на самом деле немало других.

Итак, как я уже сказал, защитное покрытие часто образуется металлами само по себе, или оно может быть нанесено для защиты металла от кислорода и влаги.Вы также можете использовать процесс, называемый легированием металлов. И один из наиболее распространенных процессов, который используется в нашей среде для защиты некоторых металлов, называется катодной защитой, и это работает для стальных резервуаров и труб, которые зарыты под землю, и поэтому вы в основном используете другой металл, который обеспечивает электроны легче, чем сталь или железо. В этом случае мы могли бы сказать, магний, и он связан с проводом и с трубопроводом, который нужно защитить. Таким образом, в основном, поскольку магний будет давать электроны легче, чем железо, он будет окисляться первым и, следовательно, защищать железо.Таким образом, в основном, он предотвращает окисление до определенного времени. Очевидно, что в какой-то момент магний закончится, и провода придется заменить.

Это коррозия.

5.7 Коррозия – неорганическая химия для инженеров-химиков

К концу этого раздела вы сможете:

  • Дайте определение коррозии
  • Перечислите некоторые методы, используемые для предотвращения или замедления коррозии

Коррозия обычно определяется как разрушение металлов естественным электрохимическим процессом.Образование ржавчины на железе, потускнение серебра и сине-зеленая патина на меди — все это примеры коррозии. Общие затраты на устранение коррозии в Соединенных Штатах значительны: по оценкам, они превышают полтриллиона долларов в год.

Статуя Свободы: изменение цвета Статуя Свободы — достопримечательность, которую признает каждый американец. Статую Свободы легко узнать по высоте, осанке и уникальному сине-зеленому цвету (рис. 5.7.1). Когда эта статуя была впервые доставлена ​​из Франции, ее внешний вид не был зеленым.Он был коричневым, цвета его медной «кожи». Так как же Статуя Свободы изменила цвет? Изменение внешнего вида было прямым результатом коррозии. Медь, которая является основным компонентом статуи, медленно окислялась на воздухе. Окислительно-восстановительные реакции металлической меди в окружающей среде протекают в несколько стадий. Металлическая медь окисляется до оксида меди(I) (Cu 2 O), который имеет красный цвет, а затем до оксида меди(II), который имеет черный цвет:

 

 

 

Уголь, часто содержащий большое количество серы, активно сжигался в начале прошлого века.В результате атмосферный триоксид серы, углекислый газ и вода прореагировали с CuO:

.

 

 

 

 

Эти три соединения ответственны за характерную сине-зеленую патину, которую можно увидеть на Статуе Свободы (и других наружных медных конструкциях). К счастью, образование патины создает защитный слой на поверхности меди, предотвращая дальнейшую коррозию нижележащей меди.Формирование защитного слоя называется пассивацией , явление, обсуждаемое далее в другой главе этого текста.

 

Рисунок 5.7.1 – (a) Статуя Свободы покрыта медной кожей и изначально была коричневой, как показано на этой картине. (b) Воздействие элементов привело к образованию сине-зеленой патины, наблюдаемой сегодня.

Пожалуй, самым известным примером коррозии является образование ржавчины на железе. Железо ржавеет под воздействием кислорода и воды.Образование ржавчины включает создание гальванического элемента на поверхности железа, как показано на (рис. 5.7.2). Соответствующие окислительно-восстановительные реакции описываются следующими уравнениями:

 

 

Дальнейшая реакция продукта железа (II) во влажном воздухе приводит к образованию гидрата оксида железа (III), известного как ржавчина:

 

Стехиометрия гидрата варьируется, на что указывает использование x в формуле соединения.В отличие от патины на меди, образование ржавчины не создает защитного слоя, поэтому коррозия железа продолжается, поскольку ржавчина отслаивается и подвергает свежее железо воздействию атмосферы.

 

Рисунок 5.7.2. Коррозия может возникнуть, когда окрашенная железная или стальная поверхность подвергается воздействию окружающей среды из-за царапин на краске. В результате получается гальванический элемент, который может быть аппроксимирован упрощенной схемой элемента Fe( s ) | Fe 2+ ( водный раствор ) ||O 2 ( водный раствор ), H 2 O( l ) | Fe( с ).

Один из способов уберечь железо от коррозии — красить его. Слой краски предотвращает контакт воды и кислорода, необходимых для образования ржавчины, с железом. Пока краска остается неповрежденной, железо защищено от коррозии.

Другие стратегии включают сплав железа с другими металлами. Например, нержавеющая сталь — это сплав железа, содержащий небольшое количество хрома. Хром имеет тенденцию собираться вблизи поверхности, где он подвергается коррозии и образует пассивирующий оксидный слой, защищающий железо.

Железо и другие металлы также могут быть защищены от коррозии путем гальванизации, процесса, при котором металл, подлежащий защите, покрывают слоем более легко окисляемого металла, обычно цинка. Когда слой цинка не поврежден, он предотвращает контакт воздуха с нижележащим железом и, таким образом, предотвращает коррозию. Если слой цинка поврежден либо коррозией, либо механическим истиранием, железо все еще можно защитить от коррозии с помощью процесса катодной защиты , который описан в следующем абзаце.

Еще одним важным способом защиты металла является использование его в качестве катода в гальваническом элементе. Это катодная защита, которую можно использовать не только для железа, но и для других металлов. Например, ржавчину подземных резервуаров и труб для хранения железа можно предотвратить или значительно уменьшить, соединив их с более активным металлом, таким как цинк или магний (рис. 5.7.3). Это также используется для защиты металлических частей водонагревателей. Более активные металлы (с более низким восстановительным потенциалом) называются жертвенными анодами, поскольку они изнашиваются по мере их коррозии (окисления) на аноде.Защищаемый металл служит катодом для восстановления кислорода в воздухе, поэтому он просто служит для проведения (а не для реакции) переносимых электронов. Когда аноды должным образом контролируются и периодически заменяются, полезный срок службы резервуара для хранения железа может быть значительно увеличен.

 

Рисунок 5.7.3 – Катодная защита является полезным подходом к электрохимическому предотвращению коррозии подземных резервуаров для хранения.

Самопроизвольное окисление металлов естественными электрохимическими процессами называется коррозией, известные примеры включают ржавление железа и потускнение серебра.Процесс коррозии включает создание гальванического элемента, в котором различные участки металлического объекта функционируют как анод и катод, при этом коррозия происходит на анодном участке. Подходы к предотвращению коррозии металлов включают использование защитного покрытия из цинка (гальванизация) и использование расходуемых анодов, соединенных с металлическим объектом (катодная защита).

(1) Какой член каждой пары металлов более подвержен коррозии (окислению)?

(1a) магний или кальций

(1b) Au или Hg

(1c) Fe или Zn

(1d) Ag или Pt

 

(2) Рассмотрим следующие металлы: Ag, Au, Mg, Ni и Zn.Какой из этих металлов можно использовать в качестве расходуемого анода при катодной защите подземного стального резервуара-хранилища? Сталь — это сплав, состоящий в основном из железа, поэтому используйте -0,447 В в качестве стандартного восстановительного потенциала для стали.

 

Раствор

Mg и Zn

(3) Алюминий легче окисляется, чем железо, и все же, когда оба подвергаются воздействию окружающей среды, необработанный алюминий имеет очень хорошую коррозионную стойкость, в то время как коррозионная стойкость необработанного железа плохая.Чем можно объяснить это наблюдение?

 

(4) Если образец железа и образец цинка вступают в контакт, цинк подвергается коррозии, а железо — нет. Если образец железа соприкасается с образцом меди, железо подвергается коррозии, а медь — нет. Объясните это явление.

 

Раствор

Оба примера включают катодную защиту. (Жертвенный) анод — это металл, который подвергается коррозии (окисляется или вступает в реакцию). В случае железа (-0.447 В) и цинка (-0,7618 В), цинк имеет более отрицательный стандартный восстановительный потенциал и поэтому служит анодом. В случае железа и меди (0,34 В) железо имеет меньший стандартный восстановительный потенциал и поэтому подвергается коррозии (служит анодом).

(5) Предположим, у вас есть три различных металла: A, B и C. Когда металлы A и B соприкасаются, B подвергается коррозии, а A не подвергается коррозии. Когда металлы А и С вступают в контакт, А подвергается коррозии, а С не подвергается коррозии. Основываясь на этой информации, какой металл подвергается коррозии, а какой не подвергается коррозии при контакте В и С?

 

(6) Почему расходуемый анод из металлического лития — плохой выбор

 

Раствор

Хотя восстановительный потенциал лития делает его способным защищать другие металлы, этот высокий потенциал также свидетельствует о том, насколько реактивным является литий; у него будет спонтанная реакция с большинством веществ.Это означает, что литий будет быстро реагировать с другими веществами, даже с теми, которые не окисляют металл, который он пытается защитить. Подобная реактивность означает, что расходуемый анод быстро истощается и его необходимо часто заменять. (Необязательная дополнительная причина: пожароопасность в присутствии воды.)

Глоссарий

катодная защита

подход к предотвращению коррозии металлического предмета путем соединения его с протекторным анодом , состоящим из более легко окисляемого металла

коррозия

деградация металла посредством природного электрохимического процесса

гальванизация
способ защиты железа или аналогичных металлов от коррозии путем покрытия тонким слоем более легко окисляемого цинка.

расходуемый анод

Электрод

, изготовленный из легко окисляемого металла, часто из магния или цинка, используемый для предотвращения коррозии металлических предметов посредством катодной защиты

соляной мостик
трубка, наполненная раствором инертного электролита

Коррозия · Химия

Коррозия · Химия

К концу этого раздела вы сможете:

  • Дайте определение коррозии
  • Перечислите некоторые методы, используемые для предотвращения или замедления коррозии

Коррозия обычно определяется как разрушение металлов в результате электрохимического процесса.Образование ржавчины на железе, потускнение серебра и сине-зеленая патина на меди — все это примеры коррозии. Общая стоимость коррозии в Соединенных Штатах значительна и оценивается более чем в полтриллиона долларов в год.

Статуя Свободы: изменение цвета Статуя Свободы — достопримечательность, которую признает каждый американец. Статую Свободы легко узнать по высоте, осанке и уникальному сине-зеленому цвету ([ссылка]). Когда эта статуя была впервые доставлена ​​из Франции, ее внешний вид не был зеленым.Он был коричневым, цвета его медной «кожи». Так как же Статуя Свободы изменила цвет? Изменение внешнего вида было прямым результатом коррозии. Медь, которая является основным компонентом статуи, медленно окислялась на воздухе. Окислительно-восстановительные реакции металлической меди в окружающей среде протекают в несколько стадий. Металлическая медь окисляется до оксида меди(I) (Cu 2 O), который имеет красный цвет, а затем до оксида меди(II), который имеет черный цвет

2Cu(т)+12O2(г)⟶Cu2O(т)(красный)

Cu2O(т)+12O2(г)⟶2CuO(т)(чёрный)

Уголь, часто содержащий большое количество серы, активно сжигался в начале прошлого века.В результате триоксид серы, углекислый газ и вода прореагировали с CuO

.

2CuO(т)+CO2(г)+h3O(л)⟶Cu2CO3(OH)2(т)(зеленый)

3CuO(т)+2CO2(г)+h3O(ж)⟶Cu2(CO3)2(OH)2(т)(синий)

4CuO(т)+SO3(г)+3h3O(ж)⟶Cu4SO4(OH)6(т)(зеленый)

Эти три соединения ответственны за характерную сине-зеленую патину, наблюдаемую сегодня. К счастью, образование патины создало на поверхности защитный слой, предотвращающий дальнейшую коррозию медной оболочки.Формирование защитного слоя — это форма пассивации, которая обсуждается далее в следующей главе.

Пожалуй, самым известным примером коррозии является образование ржавчины на железе. Железо ржавеет под воздействием кислорода и воды. Основные этапы ржавления железа, по-видимому, включают следующее ([ссылка]). При контакте с атмосферой железо быстро окисляется.

анод: Fe(s)⟶Fe2+(водн.)+2e−EFe2+/Fe°=-0,44 В

Электроны восстанавливают кислород воздуха в кислых растворах.

катод: O2(г)+4H+(водн.)+4e−⟶2h3O(ж)EO2/O2°=+1,23 В

общий: 2Fe(s)+O2(g)+4H+(aq)⟶2Fe2+(aq)+2h3O(l)Ecell°=+1,67 В

То, что мы называем ржавчиной, представляет собой гидратированный оксид железа (III), который образуется, когда ионы железа (II) вступают в дальнейшую реакцию с кислородом.

4Fe2+(водн.)+O2(г)+(4+2x)h3O(ж)⟶2Fe2O3·xh3O(т)+8H+(водн.)

Количество молекул воды различно, поэтому оно представлено как x . В отличие от патины на меди, образование ржавчины не создает защитного слоя, поэтому коррозия железа продолжается, поскольку ржавчина отслаивается и подвергает свежее железо воздействию атмосферы.

Один из способов уберечь железо от коррозии — красить его. Слой краски предотвращает контакт воды и кислорода, необходимых для образования ржавчины, с железом. Пока краска остается неповрежденной, железо защищено от коррозии.

Другие стратегии включают сплав железа с другими металлами. Например, нержавеющая сталь — это в основном железо с небольшим количеством хрома. Хром имеет тенденцию собираться вблизи поверхности, где он образует оксидный слой, защищающий железо.

Оцинкованное железо или оцинкованное железо использует другую стратегию. Цинк легче окисляется, чем железо, потому что у цинка более низкий восстановительный потенциал. Поскольку цинк имеет более низкий восстановительный потенциал, он является более активным металлом. Таким образом, даже если цинковое покрытие поцарапается, цинк все равно окислится раньше железа. Это говорит о том, что этот подход должен работать и с другими активными металлами.

Еще одним важным способом защиты металла является использование его в качестве катода в гальваническом элементе.Это катодная защита , которую можно использовать не только для железа, но и для других металлов. Например, ржавчину подземных резервуаров и труб для хранения железа можно предотвратить или значительно уменьшить, соединив их с более активным металлом, таким как цинк или магний ([ссылка]). Это также используется для защиты металлических частей водонагревателей. Более активные металлы (более низкий восстановительный потенциал) называются протекторными анодами , потому что по мере их износа они подвергаются коррозии (окислению) на аноде. Защищаемый металл служит катодом и поэтому не окисляется (корродирует).Когда аноды должным образом контролируются и периодически заменяются, полезный срок службы резервуара для хранения железа может быть значительно увеличен.

Ключевые понятия и резюме

Коррозия – это разрушение металла, вызванное электрохимическим процессом. Ежегодно тратятся большие суммы денег на устранение последствий коррозии или ее предотвращение. Некоторые металлы, такие как алюминий и медь, образуют защитный слой при коррозии на воздухе. Тонкий слой, образующийся на поверхности металла, предотвращает контакт кислорода с большим количеством атомов металла и, таким образом, «защищает» оставшийся металл от дальнейшей коррозии.Железо корродирует (образует ржавчину) при воздействии воды и кислорода. Ржавчина, образующаяся на железном металле, отслаивается, обнажая свежий металл, который также подвергается коррозии. Одним из способов предотвращения или замедления коррозии является нанесение покрытия на металл. Покрытие предотвращает контакт воды и кислорода с металлом. Краска или другие покрытия замедляют коррозию, но они неэффективны, если их поцарапать. Оцинкованное или гальванизированное железо использует тот факт, что цинк более склонен к окислению, чем железо. Пока покрытие остается, даже если оно поцарапано, цинк окислится раньше железа.Еще одним методом защиты металлов является катодная защита. В этом методе легко окисляемый и недорогой металл, часто цинк или магний (жертвенный анод), электрически соединяется с металлом, который необходимо защитить. Более активный металл является жертвенным анодом и является анодом в гальваническом элементе. «Защищенный» металл является катодом и остается неокисленным. Одним из преимуществ катодной защиты является то, что расходуемый анод можно контролировать и при необходимости заменять.

Химия Упражнения в конце главы

Какой член каждой пары металлов более подвержен коррозии (окислению)?

(а) Mg или Ca

(б) Au или Hg

(в) Fe или Zn

(г) Ag или Pt

Рассмотрим следующие металлы: Ag, Au, Mg, Ni и Zn.Какой из этих металлов можно использовать в качестве расходуемого анода при катодной защите подземного стального резервуара-хранилища? Сталь в основном состоит из железа, поэтому используйте -0,447 В в качестве стандартного восстановительного потенциала для стали.

Алюминий (EAl3+/Al°=-2,07 В)

окисляется легче, чем железо (EFe3+/Fe°=-0,477 В),

, и тем не менее, когда оба подвергаются воздействию окружающей среды, необработанный алюминий имеет очень хорошую коррозионную стойкость, в то время как коррозионная стойкость необработанного железа плохая.Объясните это наблюдение.

Если образец железа и образец цинка вступают в контакт, цинк подвергается коррозии, а железо — нет. Если образец железа соприкасается с образцом меди, железо подвергается коррозии, а медь — нет. Объясните это явление.

Оба примера включают катодную защиту. (Жертвенный) анод — это металл, который подвергается коррозии (окисляется или вступает в реакцию). В случае железа (-0,447 В) и цинка (-0,7618 В) цинк имеет более отрицательный стандартный восстановительный потенциал и поэтому служит анодом.В случае железа и меди (0,34 В) железо имеет меньший стандартный восстановительный потенциал и поэтому подвергается коррозии (служит анодом).

Предположим, у вас есть три разных металла, A, B и C. Когда металлы A и B вступают в контакт, B подвергается коррозии, а A не подвергается коррозии. Когда металлы А и С вступают в контакт, А подвергается коррозии, а С не подвергается коррозии. Основываясь на этой информации, какой металл подвергается коррозии, а какой не подвергается коррозии при контакте В и С?

Почему расходуемый анод из металлического лития был бы плохим выбором, несмотря на его ELi+/Li°=-3.04 В,

, который, по-видимому, способен защитить все другие металлы, перечисленные в стандартной таблице потенциалов восстановления?

Хотя восстановительный потенциал лития делает его способным защищать другие металлы, этот высокий потенциал также свидетельствует о том, насколько реактивным является литий; у него будет спонтанная реакция с большинством веществ. Это означает, что литий будет быстро реагировать с другими веществами, даже с теми, которые не окисляют металл, который он пытается защитить.Подобная реактивность означает, что расходуемый анод быстро истощается и его необходимо часто заменять. (Необязательная дополнительная причина: пожароопасность в присутствии воды.)

Глоссарий

катодная защита
метод защиты металла с помощью расходуемого анода и эффективного получения металла, который нуждается в защите катода, предотвращая тем самым его окисление
коррозия
деградация металла посредством электрохимического процесса
оцинкованное железо
способ защиты железа путем покрытия его цинком, который будет окисляться раньше железа; оцинкованное железо
расходуемый анод
более активный, недорогой металл, используемый в качестве анода в катодной защите; часто изготавливается из магния или цинка


Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 Международная лицензия.

Вы также можете бесплатно скачать на http://cnx.org/contents/[email protected]

Атрибуция:

Коррозия – Химия

OpenStaxCollege

[латексная страница]

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Дайте определение коррозии
  • Перечислите некоторые методы, используемые для предотвращения или замедления коррозии

Коррозия обычно определяется как разрушение металлов в результате электрохимического процесса.Образование ржавчины на железе, потускнение серебра и сине-зеленая патина на меди — все это примеры коррозии. Общая стоимость коррозии в Соединенных Штатах значительна и оценивается более чем в полтриллиона долларов в год.

Статуя Свободы: изменение цвета
Статуя Свободы — достопримечательность, которую признает каждый американец. Статую Свободы легко узнать по высоте, осанке и уникальному сине-зеленому цвету ([ссылка]). Когда эта статуя была впервые доставлена ​​из Франции, ее внешний вид не был зеленым.Он был коричневым, цвета его медной «кожи». Так как же Статуя Свободы изменила цвет? Изменение внешнего вида было прямым результатом коррозии. Медь, являющаяся основным компонентом статуи, медленно окислялась на воздухе. Окислительно-восстановительные реакции металлической меди в окружающей среде протекают в несколько стадий. Металлическая медь окисляется до оксида меди(I) (Cu 2 O), который имеет красный цвет, а затем до оксида меди(II), который имеет черный цвет

\(\text{2Cu}\left(s\right)+\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\frac{1}{2}{\text{O}}_{2}\left(g\right)\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}⟶\phantom{\ правило{0.2em}{0ex}}{\text{Cu}}_{2}\text{O}\left(s\right)\phantom{\rule{5em}{0ex}}\left(\text{ красный}\справа)\)

\({\text{Cu}}_{2}\text{O}\left(s\right)+\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\frac{1}{2}\phantom {\rule{0.2em}{0ex}}{\text{O}}_{2}\left(g\right)\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}⟶\phantom{\rule{0.2 em}{0ex}}\text{2CuO}\left(s\right)\phantom{\rule{5em}{0ex}}\left(\text{black}\right)\)

Уголь, часто содержащий большое количество серы, активно сжигался в начале прошлого века.В результате триоксид серы, углекислый газ и вода прореагировали с CuO

.

\(\ text{2CuO}\left(s\right)+{\text{CO}}_{2}\left(g\right)+{\text{H}}_{2}\text{O }\left(l\right)\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}⟶\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\text{Cu}}_{2}{\text{ CO}}_{3}{\text{(OH)}}_{2}\left(s\right)\phantom{\rule{5em}{0ex}}\text{(green)}\)

\(\ text{3CuO}\left(s\right)+{\text{2CO}}_{2}\left(g\right)+{\text{H}}_{2}\text{O } \ влево (л \ вправо) \ фантом {\ правило {0.2em} {0ex}} ⟶ \ фантом {\ правило {0.2em}{0ex}}{\text{Cu}}_{2}{{\left(\text{CO}}_{3}\right)}_{2}{\text{(OH)}}_ {2}\left(s\right)\phantom{\rule{5em}{0ex}}\text{(синий)}\)

\(\ text{4CuO}\left(s\right)+{\text{SO}}_{3}\left(g\right)+{\text{3H}}_{2}\text{O }\left(l\right)\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}⟶\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\text{Cu}}_{4}{\text{ SO}}_{4}{\text{(OH)}}_{6}\left(s\right)\phantom{\rule{5em}{0ex}}\text{(green)}\)

Эти три соединения ответственны за характерную сине-зеленую патину, наблюдаемую сегодня.К счастью, образование патины создало на поверхности защитный слой, предотвращающий дальнейшую коррозию медной оболочки. Формирование защитного слоя — это форма пассивации, которая обсуждается далее в следующей главе.

(a) Статуя Свободы покрыта медной кожей и изначально была коричневой, как показано на этой картине. (b) Воздействие элементов привело к образованию сине-зеленой патины, наблюдаемой сегодня.

Пожалуй, самым известным примером коррозии является образование ржавчины на железе.{\ текст {+}} \ влево (вода \ вправо) \)

Количество молекул воды различно, поэтому оно представлено как x . В отличие от патины на меди, образование ржавчины не создает защитного слоя, поэтому коррозия железа продолжается, поскольку ржавчина отслаивается и подвергает свежее железо воздействию атмосферы.

Как только краска царапается на окрашенной железной поверхности, возникает коррозия и начинает образовываться ржавчина. Скорость спонтанной реакции увеличивается в присутствии электролитов, таких как хлорид натрия, используемый на дорогах для растапливания льда и снега или в соленой воде.

Один из способов уберечь железо от коррозии — красить его. Слой краски предотвращает контакт воды и кислорода, необходимых для образования ржавчины, с железом. Пока краска остается неповрежденной, железо защищено от коррозии.

Другие стратегии включают сплав железа с другими металлами. Например, нержавеющая сталь — это в основном железо с небольшим количеством хрома. Хром имеет тенденцию собираться вблизи поверхности, где он образует оксидный слой, защищающий железо.

Оцинкованное или оцинкованное железо использует другую стратегию. Цинк легче окисляется, чем железо, потому что у цинка более низкий восстановительный потенциал. Поскольку цинк имеет более низкий восстановительный потенциал, он является более активным металлом. Таким образом, даже если цинковое покрытие поцарапается, цинк все равно окислится раньше железа. Это говорит о том, что этот подход должен работать и с другими активными металлами.

Еще одним важным способом защиты металла является использование его в качестве катода в гальваническом элементе. Это катодная защита, которую можно использовать не только для железа, но и для других металлов.Например, ржавчину подземных резервуаров и труб для хранения железа можно предотвратить или значительно уменьшить, соединив их с более активным металлом, таким как цинк или магний ([ссылка]). Это также используется для защиты металлических частей водонагревателей. Более активные металлы (с более низким восстановительным потенциалом) называются жертвенными анодами, поскольку они изнашиваются по мере их коррозии (окисления) на аноде. Защищаемый металл служит катодом и поэтому не окисляется (корродирует). Когда аноды должным образом контролируются и периодически заменяются, полезный срок службы резервуара для хранения железа может быть значительно увеличен.

Одним из способов защиты подземного резервуара для хранения железа является катодная защита. Использование активного металла, такого как цинк или магний, в качестве анода эффективно превращает резервуар для хранения в катод, предотвращая его коррозию (окисление).

Коррозия – это разрушение металла, вызванное электрохимическим процессом. Ежегодно тратятся большие суммы денег на устранение последствий коррозии или ее предотвращение. Некоторые металлы, такие как алюминий и медь, образуют защитный слой при коррозии на воздухе.Тонкий слой, образующийся на поверхности металла, предотвращает контакт кислорода с большим количеством атомов металла и, таким образом, «защищает» оставшийся металл от дальнейшей коррозии. Железо корродирует (образует ржавчину) при воздействии воды и кислорода. Ржавчина, образующаяся на железном металле, отслаивается, обнажая свежий металл, который также подвергается коррозии. Одним из способов предотвращения или замедления коррозии является нанесение покрытия на металл. Покрытие предотвращает контакт воды и кислорода с металлом. Краска или другие покрытия замедляют коррозию, но они неэффективны, если их поцарапать.Оцинкованное или гальванизированное железо использует тот факт, что цинк более склонен к окислению, чем железо. Пока покрытие остается, даже если оно поцарапано, цинк окислится раньше железа. Еще одним методом защиты металлов является катодная защита. В этом методе легко окисляемый и недорогой металл, часто цинк или магний (жертвенный анод), электрически соединяется с металлом, который необходимо защитить. Более активный металл является жертвенным анодом и является анодом в гальваническом элементе.«Защищенный» металл является катодом и остается неокисленным. Одним из преимуществ катодной защиты является то, что расходуемый анод можно контролировать и при необходимости заменять.

Какой член каждой пары металлов более подвержен коррозии (окислению)?

(а) Mg или Ca

(б) Au или Hg

(в) Fe или Zn

(г) Ag или Pt

Рассмотрим следующие металлы: Ag, Au, Mg, Ni и Zn. Какой из этих металлов можно использовать в качестве расходуемого анода при катодной защите подземного стального резервуара-хранилища? Сталь в основном состоит из железа, поэтому используйте -0.{°}=\text{−0,477 В}\right),\) и тем не менее, когда оба подвергаются воздействию окружающей среды, необработанный алюминий имеет очень хорошую коррозионную стойкость, в то время как коррозионная стойкость необработанного железа плохая. Объясните это наблюдение.

Если образец железа и образец цинка вступают в контакт, цинк подвергается коррозии, а железо — нет. Если образец железа соприкасается с образцом меди, железо подвергается коррозии, а медь — нет. Объясните это явление.

Оба примера включают катодную защиту.(Жертвенный) анод — это металл, который подвергается коррозии (окисляется или вступает в реакцию). В случае железа (-0,447 В) и цинка (-0,7618 В) цинк имеет более отрицательный стандартный восстановительный потенциал и поэтому служит анодом. В случае железа и меди (0,34 В) железо имеет меньший стандартный восстановительный потенциал и поэтому подвергается коррозии (служит анодом).

Предположим, у вас есть три разных металла, A, B и C. Когда металлы A и B вступают в контакт, B подвергается коррозии, а A не подвергается коррозии. Когда металлы А и С вступают в контакт, А подвергается коррозии, а С не подвергается коррозии.{°}=\text{−3,04 В},\), который, по-видимому, способен защитить все остальные металлы, перечисленные в стандартной таблице потенциалов восстановления?

Хотя восстановительный потенциал лития делает его способным защищать другие металлы, этот высокий потенциал также свидетельствует о том, насколько реактивным является литий; у него будет спонтанная реакция с большинством веществ. Это означает, что литий будет быстро реагировать с другими веществами, даже с теми, которые не окисляют металл, который он пытается защитить.Подобная реактивность означает, что расходуемый анод быстро истощается и его необходимо часто заменять. (Необязательная дополнительная причина: пожароопасность в присутствии воды.)

Глоссарий

катодная защита
метод защиты металла с помощью расходуемого анода и эффективного получения металла, который нуждается в защите катода, предотвращая тем самым его окисление
коррозия
деградация металла посредством электрохимического процесса
оцинкованное железо
способ защиты железа путем покрытия его цинком, который будет окисляться раньше железа; оцинкованное железо
расходуемый анод
более активный, недорогой металл, используемый в качестве анода в катодной защите; часто изготавливается из магния или цинка
.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.