Вопрос 38 Коррозия металлов виды корозии

Корро́зия— это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Виды коррозии: газовая коррозия; атмосферная коррозия; коррозия в неэлектролитах; коррозия в электролитах; подземная коррозия; биокоррозия; коррозия блуждающим током.

Коррозия металлов - происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии.

Химическая коррозия - взаимодействие поверхности металла с средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте.

Электрохимическая коррозия -Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией.

Вопрос 39 Защита металлов от коррозии

Все методы защиты металлов от коррозии делятся на следующие группы:

а) легирование металлов - При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и т.д;

б) защитные покрытия (металлические: 1)чистые металлы (Zn, Al, Cu, Cr и др.) 2) сплавы (бронза, латунь и др.). При коррозии: катодные и анодные покрытия. Катодные - положительное значение (на стали (Сu, Ni, Аl) Анодные - отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла( цинк на стали). Неметаллические - неорганические и органические. Защитное действие этих покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды. Неорганических - неорганические эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др. Органические -лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.);

в) электрохимическая защита-основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Осуществляется присоединением защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала , а также катодной или анодной поляризацией за счет приложенного тока. Наиболее применима в коррозионных средах с хорошей ионной электрической проводимостью. Катодная защита используется для защиты от коррозии подземных и морских трубопроводов, подводным лодкам. Анодная защита применима к металлам и сплавам, способным легко пассивироваться(замедление коррозии) при смещении их потенциала в положительную сторону (Ni, Fе, Сr, Тi, Zr и др.). Анодную защиту применяют, например, для предотвращения коррозии нержавеющих сталей при контакте с серной кислотой.

г) изменение свойств коррозионной среды- уменьшают концентрацию опасных компонентов в коррозионном отношении. Например, в нейтральных средах коррозия обычно протекает с поглощением кислорода. Его удаляют деаэрацией (кипячение) или восстанавливают с помощью соответствующих восстановителей (сульфиты, гидразин )

д) рациональное конструирование изделий- исключает или сокращает число и размеры опасных участков в изделиях или конструкциях (сварных швов, узких щелей),а также предусматривать специальную защиту металла этих участков от коррозии.

Вопрос 41 Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса

Равнове́сие фаз в термодинамике — состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового, механического и химического равновесия.

Типы фазовых равновесий:

1-Тепловое равновесие (все фазы вещества в системе имеют одинаковую температуру).

2-Механическое равновесие (равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз).

3-Химическое равновесие (равенство химических потенциалов всех фаз вещества)

Рассмотрим химически однородную систему (состоящую из частиц одного типа). Пусть в этой системе имеется граница раздела между фазами 1 и 2. Как было указано выше, для равновесия фаз требуется равенство температур и давлений на границе раздела фаз. Известно (см. статью Термодинамические потенциалы), что состояние термодинамического равновесия в системе с постоянными температурой и давлением соответствует точке минимума потенциала Гиббса.

Потенциал Гиббса такой системы будет равен

,

где μ1 и μ2 — химические потенциалы, а N1 и N2 — числа частиц в первой и второй фазах соответственно.

При этом сумма N = N1 + N2 (полное число частиц в системе) меняться не может, поэтому можно записать

.Предположим, что , для определенности, . Тогда, очевидно, минимум потенциала Гиббса достигается при (все вещество перешло в первую фазу).

Таким образом, равновесие фаз возможно только в том случае, когда химические потенциалы этих фаз по разные стороны границы раздела равны:

.

Уравнение Клапейрона — Клаузиуса

Основная статья: Уравнение Клапейрона—Клаузиуса

Из условия равновесия фаз можно получить зависимость давления в равновесной системе от температуры. Если говорить о равновесии жидкость — пар, то под давлением понимают давление насыщенных паров, а зависимость P = P(T) называется кривой испарения.

Из условия равенства химических потенциалов следует условие равенства удельных термодинамических потенциалов:

,

где , Gi — потенциал Гиббса i-й фазы, mi — её масса.

Отсюда:

,

а значит,

,

где v1 и s1 — удельные объем и энтропия фаз. Отсюда следует, что

,

и окончательно

,

где q — удельная теплота фазового перехода (например, удельная теплота плавления или удельная теплота испарения).

Последнее уравнение называется уравнением Клапейрона — Клаузиуса.

Правило фаз Гиббса

Рассмотрим теперь систему, вообще говоря, химически неоднородную (состоящую из нескольких веществ). Пусть k — число компонентов (веществ) в системе, а n — число фаз. Условие равновесия фаз для такой системы можно записать в виде системы из k(n − 1) уравнений:

Здесь— химический потенциал для i-го компонента в j-й фазе. Он однозначно определяется давлением, температурой и концентрацией каждого компонента в фазе. Концентрации компонетнов не независимы (их сумма равна 1). Поэтому рассматриваемая система уравнений содержит неизвестных (n(k − 1) — концентрации компонентов в фазах, плюс температура и давление).

Система разрешима, вообще говоря, если число уравнений не превышает числа неизвестных (система, не удовлетворяющая этому условию, также может быть разрешима, однако это исключительный случай, с которым в физике можно не считаться). Поэтому

,

отсюда

,

то есть число фаз в равновесной системе может превышать число компонентов не более, чем на два.

Последнее неравенство называется правилом фаз Гиббса. В частном случае для однокомпонентной (химически однородной системы) оно превращается в условие

.