Главная | Обратная связь

Тема 10: Коррозия металлов

Коррозия – это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов при контакте их с окружающей средой или электролитами.

Различают химическую и электрохимическую коррозии. Химическая коррозия протекает при непосредственном контакте металла с окислителем в средах, не проводящих электрический ток (сухие газы, неэлектролиты), и не сопровождается возникновением его. Более распространена электрохимическая коррозия, которая обусловлена образованием микрогальванических элементов, вследствие содержания в металлах вкраплений других металлов или контакта с другими металлами.

В природных водах, влаге, сконденсированной на поверхности металлического изделия, содержится растворенный кислород, углекислый газ и некоторые соли. Углекислый газ в растворе создает повышенную, по сравнению с чистой водой, концентрацию ионов Н⁺, которые вместе с кислородом являются сильными окислителями.

Например, при контакте железа с медью образуется гальваническая пара, в которой отрицательным полюсом (анодом) будет железо, а положительным (катодом) – медь.

Анодный процесс:

Fe - = Fe²⁺

Катодный процесс:

1) кислая среда: 2Н⁺ + = Н₂

2) нейтральная или слабо щелочная среда: О₂ + 2Н₂О + = 4ОН^-

Образовавшиеся ионы Fe²⁺ будут взаимодействовать с ионами гидроксида ОН^- : Fe²⁺ + 2ОН^- = Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)3. Fe(OH)₃, теряя молекулу воды, превращается в ржавчину.

Какой из двух контактирующих металлов будет подвергаться окислению (разрушению, коррозии) зависит от активности металлов, что может быть установлено по ряду напряжений металлов.

Коррозия наносит значительный ущерб, поэтому защита металлов от коррозии имеет важное народнохозяйственное значение. Одним из способов защиты металлов от коррозии является нанесение на металлические изделия защитных покрытий. Различают неметаллические (лаки, краски, пленки) и металлические покрытия. Последние делятся на катодное и анодное покрытия.

Катодным называется покрытие металла слоем менее активного металла. Например, луженое железо. При нарушении покрытия, железо как более активный металл в образовавшейся гальванопаре будет анодом (отрицательным полюсом).

Fe – 2e = Fe⁺

Олово будет катодом (положительным полюсом), поэтому покрытие называется катодным. На его поверхности будет восстанавливаться вода:

2Н₂О + = Н₂ + 2ОН^- или 2Н₂О + О₂ + =4ОН

Продуктом коррозии будет Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃. Причем железо будет разрушаться более интенсивно, чем в отсутствии покрытия. Анодным называется покрытие металла слоем более активного металла. Например, оцинкованное железо. В этом случае анодом будет цинк. Катодом будет железо, на его поверхности будут протекать процессы восстановления воды или других анионов.

Zn - =Zn²⁺

2H₂O + = H₂ + 2OH^-

Продуктом коррозии будет Zn(OH)₂. Металлическое изделие окажется защищенным до полного разрушения покрытия, поэтому анодное покрытие более эффективно защищает изделия по сравнению с катодным.

Часто для защиты крупных сооружений, трубопроводов и т.д. используется электрохимическая защита, которая подразделяется на протекторную и электрозащиту.

Контрольные задания:

181. Почему химически чистый цинк обнаруживает большую химическую стойкость против коррозии, чем технический цинк? Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии технического цинка в кислой среде.

182. Магниевая пластинка, соединенная с оловянной, опущена в соляную кислоту. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии пластинки.

183. В чем заключается принцип применения протекторной защиты от коррозии? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при протекторной защите никеля в воде, содержащей растворенный кислород.

184. Медь не вытесняет водорода из разбавленных кислот, однако, если к медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой пластинкой, то на поверхности медной пластинки начинает выделяться водород. Объясните это явление, составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, а также схему образовавшегося микрогальванического элемента.

185. Изделие из технического железа находится под дождем. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии, а также составьте схему коррозионного микрогальванического элемента.

186. Цинковая пластинка, спаянная с железной, опущена в разбавленную серную кислоту. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии пластинки, а также схему данного гальванического элемента.

187. Какое покрытие металла называют катодным и какое анодным? Перечислите металлы, которые могут быть использованы для катодного покрытия железа. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого свинцом, при нарушении покрытия в сильнокислотной среде. Составьте схему образовавшегося коррозионного гальванического элемента.

188. Какое покрытие металла называют катодным и какое анодным? Перечислите металлы, которые можно использовать для анодного покрытия железа. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого цинком, во влажном воздухе при нарушении покрытия.

189. Два кусочка цинка одинаковой массы находятся в контакте с медью и свинцом в растворе соляной кислоты. Какой из них растворится быстрее? Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии. Составьте схемы образованных коррозионных гальванических элементов.

190. Никелевую деталь покрыли свинцом. Какое это покрытие – катодное или анодное? Напишите электронные уравнения анодного и катодногопроцессов коррозии этой детали во влажном воздухе при повреждении покрытия.

191. Две железные пластинки, частично покрыты одна оловом, другая свинцом. На какой из них быстрее образуется ржавчина во влажном воздухе? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

192. Железное изделие покрыто никелем. Какое это покрытие – катодное или анодное? Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии изделия во влажном воздухе при нарушении покрытия. Составьте схему образовавшегося коррозионного гальванического элемента.

193. В раствор соляной кислоты опустили кусочек чистого железа и железа, частично покрытого оловом. Масса железа в обоих случаях одинакова. В каком случае железо растворится быстрее? Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии железа.

194.В воду, содержащую растворенный кислород, опустили железную пластинку, частично покрытую медью. В каком случае ржавчина образуется быстрее? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии железа.

195. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

196. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении покрытия? Составьте уравнения анодного и катодного процессов.

197.Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

198. Если опустить в разбавленную серную кислоту пластинку из чистого железа, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако, если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластине, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте уравнения анодного и катодного процессов.

199.В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.

200. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний – никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?