- •Работа 1 окислительно-восстановительные реакции
- •Основные теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные задания Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 9
- •Вариант 10
- •Вариант 11
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Работа 2 гальванические элементы
- •Основные теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Экспериментальные и расчетные данные
- •Контрольные задания Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •1. Никелевый и кобальтовый электроды помещены в растворы их солей. В каком соотношении должны быть взяты концентрации ионов данных металлов, чтобы их потенциалы были одинаковыми?
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 8
- •Электролиз
- •Основные теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Часть 1. Определение электрохимического эквивалента меди
- •Часть 2. Газометрический метод определения выхода продуктов электролиза по току
- •Экспериментальные и расчетные данные для определения электрохимического эквивалента меди
- •Экспериментальные и расчетные данные для процесса электролиза раствора гидроксида натрия
- •Часть 3. Электрохимическое цинкование
- •Экспериментальные и расчетные данные для процесса цинкования
- •Часть 1. Определение электрохимического эквивалента меди
- •Часть 2. Газометрический метод определения выхода продуктов электролиза по току
- •Часть 3. Электрохимическое цинкование
- •Контрольные задания
- •Коррозия металлов
- •Основные теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные задания Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 10
- •Вариант 11
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Определение электропроводимости раствора уксусной кислоты
- •Основные теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные задания Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 8
- •Вариант 9
- •Вариант 10
- •Вариант 11
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Библиографический список
- •Третьяков ю.Д. Практикум по неорганической химии: Учеб. Пособие. – м.: Академия, 2004.
- •Стандартные электродные потенциалы окислительно-восстановительных систем в водных растворах
- •Приложение 2 Метрологическая карта средств измерения
- •Давление насыщенного водяного пара при различных температурах
- •Подвижности ионов при 25°с и бесконечном разведении
- •Часть 3
- •162600, Г. Череповец, пр. Луначарского, 5
Коррозия металлов
Цель работы: получить общие представления о коррозионных процессах и способах защиты от коррозии, практически ознакомится с коррозией металлов в электропроводящих средах.
Основные теоретические положения
Коррозия - это самопроизвольный процесс разрушения металлов в результате воздействия окружающей среды. При этом металл из свободного состояния переходит в химически связанное (оксид, гидроксид, соль и др.). Причина коррозии: термодинамическая неустойчивость системы «металл –окружающая среда», так как изменение энергии Гиббса такой системы G < 0.
Коррозия наносит огромный ущерб промышленности и окружающей среде. Около 10 % выпускаемых ежегодно металлов безвозвратно теряется вследствие коррозии. Это приводит к рассеиванию металлов в природе, что препятствует их возврату в производственные циклы и усугубляет экологическую обстановку.
По характеру разрушения поверхности металла различают равномерную (общую) коррозию и местную коррозию. В первом случае вся поверхность металла подвергнута коррозии, во втором - поражены лишь отдельные участки поверхности. Наиболее опасна местная коррозия, т.к. она может создавать не только макроповреждения, но и микродефекты (невидимые глазом).
Оценку скорости протекания коррозии W проводят двумя способами:
1) как отношение массы прокорродировавшего металла m к площади его поверхности S за определенный промежуток времени
;
2) как отношение толщины потерянного вследствие коррозии металла к заданному промежутку времени
.
Оба метода оценки скорости коррозии применяются в случае равномерной коррозии.
По механизму протекания коррозионные процессы делят на химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия наблюдается в средах, не проводящих электрический ток. В зависимости от условий различают газовую (иначе высокотемпературную) коррозию и коррозию в неэлектролитах (обычно это агрессивные органические жидкости).
При протекании химической коррозии происходит самопроизвольное окисление металла путем непосредственного перехода электронов от металла на окислитель. В результате металл покрывается пленкой продуктов окисления (чаще всего это оксиды или гидроксиды)
nMe тв + m/2O2, газ = MenOm (тв) MenOm(раствор)
Природа продуктов оказывает существенное влияние на скорость химической коррозии. При этом защитное действие пленки продукта тем выше, чем лучше ее сплошность и ниже диффузионная способность.
Сплошность пленки принято оценивать при помощи фактора Пиллинга-Бэдвордса , который определяют как отношение объема образовавшегося продукта коррозии Vпрод к объему израсходованного на этот процесс металла VМе
.
Металлы, у которых < 1, не могут создать сплошные пленки, покрывающие всю его поверхность. Поэтому через несплошности в слое продукта окислитель свободно проникает к поверхности металла и коррозия продолжается. Если лежит в пределах от 1,2 до 1,6 (по некоторым данным до 2,2), то образуются сплошные и устойчивые слои продукта, защищающие металл от дальнейшей коррозии. При > 1,6 (2,2) пленки легко отделяются от поверхности металла и, следовательно, не препятствуют его дальнейшему разрушению. Например,
а) окисление алюминия идет по реакции
2А1 + 3/2О2 = А12О3 .
Значение фактора Пиллинга-Бэдрордса равно 1,31. Это обозначает, что на металле образуется сплошная защитная пленка, то есть металл устойчив к коррозии;
б) окисление магния
2Mg + O2 = 2MgO
Значение фактора Пиллинга-Бэдрордса равно 0,81. Это обозначает, что сплошная защитная пленка не образуется, из-за чего металл продолжает корродировать.
Электрохимическая коррозия наблюдается в электропроводящих средах: в растворах или расплавах электролитов, во влажных газах (например, на воздухе), в почвах и грунтах. В этом случае разрушение металла происходит под действием возникающих на поверхности макро- или микрогальванических элементов. Поверхность металла, являясь анодом, окисляется, тогда как компоненты коррозионной среды (окислитель) восстанавливаются
() Me n Men+
(+) Ох + m Red
Оба процесса протекают на различных участках поверхности изделия: окисление на анодных участках, а восстановление на катодных. Различная химическая активность поверхности изделия может возникнуть:
– при контакте двух разных по природе материалов (сборные детали, эвтектические сплавы);
– при контакте металла и соединения с полупроводниковыми свойствами (неметаллические примеси и включения);
– при различных концентрациях электролита или окислителя в растворе.
При протекании электрохимической коррозии в качестве окислителей, как правило, выступают:
а) вода с растворенным в ней кислородом или влажный воздух. Процесс восстановления на катодных участках идет по схеме
О2 + 2Н2О + 4 4ОН.
В этом случае говорят, что коррозия протекает с кислородной деполяризацией.
б) ионы Н + в кислой среде. Восстановление окислителя идет по схеме
2H+ + 2 H2
Это коррозия с водородной деполяризацией.
Теоретическую возможность протекания электрохимической коррозии металлов с водородной или кислородной деполяризацией можно оценить с помощью формулы (2), из которой следует, что для самопроизвольного протекания овиклительно-восстановительного процесса должно выполняться неравенство
Еокислителя > Е.
В зависимости от величины потенциала металла на практике возможны следующие случаи:
1) если Е > E, то электрохимическая коррозия невозможна. Металл устойчив к коррозии;
2) если Е < Е< E, то возможно протекание коррозии с кислородной деполяризацией. Продуктом окисления металла в этом случае будет являться гидроксид металла Ме(ОН)n, который при обезвоживании может перейти в оксид MexOy;
3) если Е< Е, то в зависимости от рН среды может происходить коррозия и с кислородной, и с водородной деполяризацией. При коррозии с водородной деполяризацией наиболее вероятными продуктами являются Н2 и соответствующая соль.
Коррозия – это, безусловно, нежелательное явления для всех областей деятельности человека. Поэтому в настоящее время разработано множество методов защиты материалов и оборудования от коррозии.
Уменьшение скорости коррозионных процессов в агрессивных средах возможно несколькими способами, например, путем изменения потенциала металла или снижения концентрации окислителя. Выбор того или иного способа защиты определяется его возможностью реализации, стоимостью и эффективностью воздействия.
Все методы защиты условно делятся на несколько групп. Наиболее важными из них являются:
1. Легирование: в металл вводят компоненты (металлы или неметаллы), вызывающие его пассивацию. Пассивация - это состояние повышенной коррозионной устойчивости, связанное с торможением скорости анодного процесса. Достигается за счет образования на поверхности металла защитных пленок.
2. Защитные покрытия: поверхность металла изолируется от агрессивной среды при помощи материалов, устойчивых к коррозии в данных условиях. Защитные покрытия могут быть как металлическими, так и неметаллическими (лаки, краски, пластмассы и пр.), при этом покрытие должно быть сплошным и плотно прилегающим к изделию.
Материалами для металлических покрытий могут служить как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.). По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их делят на катодные и анодные. К катодным покрытиям относят покрытия, выполненные из металлов, имеющих большее значение потенциала, чем у основного (защищаемого) металла. При повреждении такого покрытия возникает макрогальванический элемент, в котором защищаемый металл становится анодом и растворяется, а металл покрытия – катодом, на котором восстанавливаются частицы окислителя. Таким образом, катодные покрытия являются защитными, только пока они не повреждены. Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. В случае повреждения анодного покрытия его защитное действие не прекращается, так как в созданном гальваническом элементе основной металл – катод (то есть не окисляется), а металл покрытия – анод.
3. Протекторная защита: к защищаемому металлу присоединяют другой металл (протектор), имеющий более отрицательное значение потенциала. При этом возникает гальванический элемент, в котором протектор (анод) разрушается, а на катоде (защищаемый металл) происходит восстановление окислителя.
4. Обработка окружающей среды: в агрессивную среду вводят специальные вещества, замедляющие коррозию - ингибиторы. Действие ингибитора заключается в том, что он адсорбируется на поверхности материала и пассивирует его.
Кроме веществ, замедляющих коррозия, встречаются вещества, которые наоборот, ускоряют разрушение материалов. Их называют активаторами коррозии. Например, наиболее известным сильнодействующим активатором коррозии металлов является ион хлора. Из-за его присутсвия в морской воде металлы окисляются значительно быстрее, чем в пресной.