Водородная и кислородная деполяризация уравнения

Процессы при кислородной и водородной деполяризации

Решение задач на составление электронных уравнений катодных и анодных процессов

Задание 299
Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары алюминий — железо. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
Алюминий имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-1662 В), чем железо (-0,44 В), поэтому алюминий является анодом, железо – катодом.

Анодный процесс – окисление металла: Al 0 — 3 = Al 3+

и катодный процесс – восстановление ионов водорода (водородная деполяризация) или молекул кислорода (кислородная деполяризация). Поэтому при коррозии пары Al — Fe с водородной деполяризацией происходит следующие процессы:

Анодный процесс: Al 0 — 3 = Al 3+
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н + + 2 = Н₂ 0

Продуктом коррозии будет газообразный водород соединение алюминия с кислотным остатком (соль).

При коррозии пары Al — Fe в атмосферных условиях на катоде происходит кислородная деполяризация, а на аноде – окисление железа:

Анодный процесс: Al 0 — 3 = Al 3+
Катодный процесс: в нейтральной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2 = 2OH —

Так как ионы Al 3+ с гидроксид-ионами ОН- образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Al(OH)₃.

Задание 300
Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем никеля, если покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?
Решение:
При нарушении цинкового покрытия на железе атмосферная коррозия протекает с разрушением цинкового покрытия, так как цинк имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,763 В), чем у железа (0,44 В), то цинк будет являться анодом, а железо – катодом.

Электрохимические процессы коррозии:

Анодный процесс: Zn 0 -2 = Zn 2+
Катодный процесс: в нейтральной или щелочной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2 = 2OH —

Так как ионы Zn 2+ с гидроксильной группой OH- образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии цинка будет Zn(OH)₂.

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6dfbddd14ef6005d • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

Электрохимическая коррозия металлов. Виды электрохимической коррозии. Электрохимическая коррозия с кислородной и водородной деполяризацией

Электрохимическая коррозия сопровождается возникновением электрического тока и протекает в средах с хорошей ионной проводимостью. К электрохимической коррозии относится коррозия в водных растворах. Электрохимической коррозии подвергаются подводные части судов, паровые котлы, проложенные в земле трубопроводы. К электрохимической коррозии относится: коррозия в электролитах, атмосферная коррозия, электрокоррозия, коррозия под напряжением.

В результате электрохимической коррозии окисление металлов может приводить как к образованию нерастворимых продуктов (ржавчины), так и к переходу металла в раствор в виде ионов.

Растворенный кислород, ионы водорода, молекулы воды – это важнейшие окислители, вызывающие электрохимическую коррозию металлов.

Все металлы делят на пять групп по степени термодинамической устойчивости. Такое деление соответствует их положению в ряду напряжений.

К группе повышенной термодинамической нестабильности относятся металлы, имеющие значение стандартного электродного потенциала меньше, чем потенциал водородного электрода при рН = 7 (-0,413 В), а именно Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Ti, Zr, Mn, Cr, Zn, Fe. Данные металлы могут коррозировать даже в нейтральных средах, то есть могут окисляться водой. Естественно эти металлы коррозируют и в кислых средах. Металлы могут окисляться кислотой, кислородом, а также под действием других окислителей, при этом протекает процесс, описываемый уравнением

M – ne — = M ne + (10).

Процесс электрохимической коррозии – это совокупность двух процессов, одновременно протекающих на поверхности металла:

-анодного, сопровождающегося окислением атомов металла, протекающего по уравнению (10);

— катодного, сопровождающегося восстановлением окислителя коррозионной среды, протекающего по уравнению

Окисленная форма + ne — = Восстановленная форма (11).

Окислители электрохимической коррозии называют деполяризаторами. Приведем возможные процессы восстановления окислителей:

2Н₂О + 2е — = 2ОН — + Н₂ , φ = -0,413 В (рН = 7) (12)

2Н + + 2е — = Н₂, φ = 0 В (рН = 0) (13)

О₂ + 2Н₂О + 4е — = 4ОН — , φ = 0,816 В (рН = 7) (14)

О₂ + 4Н + + 4е — = 2Н₂О, φ = 1,229 В (рН = 0) (15).

Коррозию, сопровождающуюся восстановлением (ионизацией) молекул кислорода (14), (15), называют коррозией с поглощением кислорода или коррозией с кислородной деполяризацией. С кислородной деполяризацией протекают следующие виды электрохимической коррозии: атмосферная, подземная, в пресной и морской воде, в растворах солей, в аэрированных растворах органических кислот.

Коррозию, сопровождающуюся восстановлением молекул воды и ионов водорода (12), (13), называют коррозией с выделением водорода или коррозией с водородной деполяризацией.

Металлы термодинамически нестабильные имеют значения стандартных электродных потенциалов больше, чем металлы группы повышенной термодинамической нестабильности, но не выше нуля. К этой группе относятся металлы: Cd, In, Tl, Co, Ni, Mo, Pb, W. Эти металлы не окисляются водой при рН = 7, но окисляются в кислых средах и в любых средах в присутствии кислорода.

Группа металлов промежуточной термодинамической стабильности: Bi, Sb, Re, Tc, Cu, Ag, Rh. Данные металлы имеют положительные значения стандартных электродных потенциалов, но не превышающие значения электродного потенциала, связанного с окисляющим действием кислорода в нейтральной среде (14). Эти металлы будут устойчивы в любых кислых и нейтральных средах в отсутствие кислорода.

Металлы высокой стабильности устойчивы во влажной атмосфере, то есть в присутствии кислорода в нейтральной среде. К данным металлам относятся Hg, Pd, Ir, Pt. Стандартные электродные потенциалы этих металлов находятся в интервале между значениями двух электродных потенциалов, характеризующих окисляющее действие кислорода в нейтральной и кислой средах, то есть от 0,816 В до 1,229 В.

Металлом полной стабильности является золото. Оно не может окисляться рассмотренными выше окислителями и у него максимальный электродный потенциал.

Чтобы получить уравнения реакций, лежащих в основе электрохимической коррозии металлов в различных средах, которые называются коррозионные токообразующие реакции, суммируют (10) поочередно с (12) – (15). Если уравнять число отданных и принятых электронов, то получим следующие уравнения

4M + nO₂ + 4nH + → 4M n+ + 2nH₂O (17)

2M + 2 nH + → 2M n + + nH₂↑ (19).

Причинами возникновения электрохимической коррозии служат различные виды неоднородностей как самой поверхности металла или сплава, так и коррозионной среды. В результате вся поверхность, соприкасающаяся с токопроводящей коррозионной средой, разделяется на катодные и анодные участки, которые имеют очень маленькие размеры и чередуются друг с другом. В такой среде они представляют собой совокупность огромного числа короткозамкнутых коррозионных гальванических микроэлементов. Коррозия осуществляется в результате протекания анодного процесса или коррозионного окисления металла и катодного процесса или восстановления окислителя, находящегося во влажной среде.

Рассмотрим различные случаи возникновения коррозионных гальванических пар.

1. Контакт с электролитом двух разных металлов в случае сочетания в одном узле или детали металлов различной активности в данной среде, или в случае применения сплава эвтектического типа из двух металлов разной активности,

2. Контакт металла и его соединения, обладающего металлообразными или полупроводнико­выми свойствами. В любом случае свободный металл имеет отрицательный электрический заряд, а соединение — положительный заряд, так как в нем часть электронов проводимости связана. Этотакже справедливо и для интерметаллидов.

3. Различные концентрации электролитов или воздуха, растворенного в жидком электролите.

4. Различный уровень механических напряжений в одной и той же детали.

Механизм электрохимической коррозии, определяемый разностью потенциалов пассивных (катодных) и активных (анодных) участков, сводится к работе гальванического элемента, однако результат коррозионных разрушений может быть различен.

На механизм низкотемпературной коррозии влияет много различных причин: переменная тем­пература и влажность воздуха, переменный состав газовой и электролитной среды и даже бакте­риальная флора, например при почвенной коррозии, так как некоторые виды бактерий способст­вуют окислению железа. Развитие коррозии в результате контакта разных металлов можно иллю­стрировать схемой, представленной на рис. 1. Наибольшее коррозионное разрушение наблюдается рядом с контактом, так как здесь сопротивление наименьшее и, следовательно, наибольшая плот­ность тока.

Рис. 1. Разрушение в месте контакта разных металлов

Если возникновение разности потенциалов вызвано применением эвтектических сплавов, со­стоящих из металлов различной активности, то не всегда можно руководствоваться данными по стандартным потенциалам растворения, так как активность изменяется в зависимости от состава электролита и рН среды.

Так, например, стандартный потенциал алюминия меньше стандартного потенциала цинка, а в растворе поваренной соли получается наоборот — ε_А1 > ε_Zn и в данной паре цинк будет анодом. При контакте эвтектического сплава с электролитом может быть два случая:

1) коррозия сведется к вытравливанию из поверхностного слоя одного из компонентов (селективная коррозия);

2) кор­розия может перейти в интеркристаллитную, если наиболее активный элемент входит только в со­став эвтектики, разделяющей кристаллические зерна металлов. В сплавах металлов А и В, обла­дающих разной активностью (Sa — , Fe 3+ и Na + . Электроны, выходящие из металла (рельса), по элек­тролиту перемещаться не могут и в месте выхода их из рельса разряжают ионы Н + или Fe 3+ . Ионы хлора будут пере­мещаться по почве, подходить к трубе и, разряжаясь, переводить металл в раствор. На выходе электронов из металла (трубы) не будет коррозии, тогда как на входе в рельс ионы хлора будут вызывать коррозию. Аналогичные явления могут наблюдаться и при переменном токе, но они менее опасны.

Тщательное соблюдение требований к электрической изоляции (битум, полиэтилен) заклад­ных изделий и правильной эксплуатации электрических сетей может исключить электрокоррозию.

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 3726 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ