Потенциалы газовых электродов

Существуют металлы, отличающиеся высокой химической стойкостью (платина, золото и др.), которые практически не могут посылать свои ионы в раствор. Электроды, изготовленные из подобных металлов, называют инертными.

Однако такие металлы могут адсорбировать молекулы, атомы и ионы других веществ. Например, платина адсорбирует на своей поверхности многие газы и, в частности, водород. Если такая платиновая пластина, насыщенная адсорбированным водородом находится в растворе, содержащем катионы H⁺ (H₃O⁺), то на поверхности ее будет протекать следующий процесс:

Схема водородного электрода.

Такой электрод называется водородным (H₂, Pt | 2H⁺). Водородный электрод относится к газовым электродам. В этом электроде скачок потенциала отвечает установлению равновесия между катионами H⁺ и молекулами H₂ через посредство платиновой поверхности, имеющей свободные электроны и адсорбирующей водород.

Уравнение Нернста для водородного электрода имеет вид:

= -0,059lg c(H⁺)

Учитывая, что lg c(H⁺) = -pH, получим:

= -0,059рН

Аналогично водородному электроду можно создать кислородный электрод. Для этого металлическую пластину, например, Pt, необходимо привести в контакт с O₂ и раствором, содержащим ионы, которые образуются при восстановлении кислорода (ионы OH^-)

O₂, Pt | OH^-

На кислородном электроде протекает реакция, выражаемая уравнением:

Можно рассчитать потенциал кислородного электрода при любых значениях рН и давлении кислорода. Если p = 1 атм (101 кПа), то

= 1,23 – 0,059pH

Коррозия металлов

В естественных условиях происходит постепенное разрушение металлов, вызванное химическими превращениями образующих их веществ под воздействием внешней среды (воздуха, влаги, пыли и т.п.). Например, корродируют металлические конструкции в атмосфере (атмосферная коррозия), разрушается обшивка судов в речной и морской воде, трубопроводы под землей (почвенная коррозия и коррозия блуждающими токами).

Процесс разрушения металлов в результате их физико-химического взаимодействия с окружающей средой называется коррозией.

Ежегодно из-за коррозии теряются огромные количества металла (около 10% от их выпуска). Однако во многих случаях косвенные убытки от коррозии могут значительно превышать прямые потери за счет растворения металла. Замена прокорродировавшего котла на большой теплоэлектростанции может нанести энергосистеме существенный ущерб. К убыткам от коррозии можно отнести и стоимость масла, газа, воды, потерянных через системы с прокорродировавшими трубами. Борьба с коррозией - это сохранение ресурсов металлов, мировые запасы которых ограничены. Таким образом, изучение коррозии и разработка методов защиты металлов от нее представляют не только теоретический интерес, но и имеют большое народнохозяйственное значение.

В зависимости от характера разрушения поверхности металлов различают следующие виды коррозии.

1. Сплошная (равномерная (а) и неравномерная (б)).

Рис. 1. Сплошная коррозия (равномерная (а) и неравномерная (б))

2. Местная коррозия сосредоточена на отдельных участках и проявляется в виде точек (точечная или питтинговая коррозия (а)), пятен (пятнистая коррозия (б)), подповерхностная (в) и др.

Рис. 2. Местная коррозия (точечная или питтинговая (а), пятнистая коррозия (б), подповерхностная (в) и др.

3. Меж- и транскристаллитная коррозия (коррозия по границам зерен (а) и самих кристаллов (б)).

Рис.3. Меж- и транскристаллитная коррозия (коррозия по границам зерен (а) и самих кристаллов (б)).

Это особенно опасные виды коррозии, ослабляющие связь между металлическими зернами и приводящие к развитию трещин.

4. Структурно-избирательная коррозия (растворение одного из компонентов сплава).

Особыми видами коррозии являются: коррозия под напряжением, коррозия при трении (фреттинг-коррозия), кавитационная коррозия. В этих случаях помимо агрессивной среды наблюдается дополнительное механическое воздействие на металл. Существует и водородная коррозия стали и сплавов, роль которой постоянно возрастает в связи с расширением использования водорода в качестве топлива.

По механизму протекания коррозионного процесса, зависящему от характера внешней среды, с которой взаимодействует металл, различают химическую и электрохимическую коррозию.