Учебно-методическое пособие «Защита материалов от коррозии», страница 22

При наличии контакта металла и электролита, вследствие гетерогенности электролита и металлической поверхности на последней появляются участки с различными электродными потенциалами (Рис. 1.1.), которые являются электродами короткозамкнутых гальванических элементов (участки металлов разделены слоем электролита и имеют непосредственный контакт).

Рис. 1.1.  Схема появления коррозионной гальванической пары. j₁ > j₂; 1- катод; 2 – анод.

На участках с более отрицательными значениями электродных потенциалов, являющихся анодами, протекает анодный процесс окисления металла Me = Me⁺ⁿ + ne, а точнее - образование гидратированных ионов металла в электролите и некомпенсированных электронов в металле:

Me + mH₂O = Me⁺ⁿ×mH₂O + ne.

На участках с более положительными значениями электродных потенциалов, являющихся катодами, протекает процесс восстановления, при этом происходит присоединение электронов ионами или молекулами - окислителями, называемыми деполяризаторами (D):
D + ne ® [Dne].

Одновременно происходит перемещение электронов по металлу от анодных участков к катодным, а катионов и анионов в растворе. В большинстве случаев катодными деполяризаторами являются растворенный в электролите кислород воздуха или ионы водорода, которые восстанавливаются на катоде по уравнениям:

в нейтральных и щелочных средах:

O₂ + 4e + 2H₂O = 4OH^-                                                                                (1)

2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^-                                                                                (2)

в кислых средах:

O₂ + 4e + 4H⁺ = 2H₂O                                                                                  (3)

2H⁺ + 2e = H₂                                                                                                        (4)

Деполяризаторами могут быть: Cl₂, Fe⁺³, NO₃^- и другие.

Принципиальная возможность протекания процесса электрохимической коррозии определяется следующими соотношениями:

DG < 0;   j_A < j_K;   j_OX > j_Red;   j_A < ;

то есть, для электрохимического растворения металла необходимо присутствие окислителя-деполяризатора, равновесный потенциал которого положительнее равновесного потенциала металла в данных условиях. При соблюдении этого условия:

j_K - j_A > 0, а DG = -nF(j_K - j_A) < 0

Для определения катодного процесса необходимо сравнить равновесные потенциалы коррозирующего металла и водородного или кислородного электрода. Если j_Me<, на катоде в основном восстанавливается водород по реакциям (2) или (4), если  > j_Me > , на катоде восстанавливается только кислород по реакциям (1) и (3).

Например, при коррозии цинка в соляной кислоте, так как j_Zn<, идут процессы:

Zn = Zn⁺² + 2e                       - окисление цинка на анодных участках;

2H⁺ + 2e = H₂                         - восстановление на катодных участках.

При коррозии меди в соляной кислоте потенциал меди (см. приложение) положительнее равновесного потенциала водородного электрода, и в этом случае идут процессы:

O₂ + 4e + 4H⁺ = 2H₂O                       восстановления кислорода на катодных участках;

Cu = Cu⁺² + 2e                                   окисление меди на анодных участках.

Коррозионная стойкость металлов и сплавов в значительной степени зависит от рН раствора, состава и концентрации нейтральных электролитов. На устойчивость металлов и сплавов влияют продукты коррозии в виде солевых и оксидных пленок на поверхности металла. Если пленка пористая и легко отделяется от металла, она не проявляет защитных свойств (коррозия железа в атмосфере); на поверхности других металлов (алюминия, титана, хрома) образуются плотные оксидные пленки с высокими защитными свойствами, предохраняющими эти металлы от дальнейшей коррозии.

Выполнение работы

1. Приборы, посуда и реактивы: спиртовка, штатив, набор микропробирок, фильтрованная и наждачная бумага, гвоздь, мел, уротропин, металлы (Zn, Cu, Al, Pb, стальная пластина); растворы H₂SO₄ – 0.2 н., HCl - 1 н., CuSO₄ – 0.5 н., NaCl - 3%, Cu(NO₃)₂ – 2%, CH₃COOH- 0.5 н., KJ – 0.5 н., K₃[Fe(CN)₆] - 5 н.

2. Схема установки