![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Термодінаміка електрохімічної корозії
Методичні вказівки До практичного заняття по дисципліні “Корозія і захист металів ” Для студентів спеціальності ОМД
Дніпропетровськ Практичне заняття 4 Тема. Розрахунок термодинамичної можливості протікання корозії металів, які занурені в електроліті.
Ціль. Навчитися розраховувати термодінамічну можливість протікання корозії металів в розчинах різних електролітів (солі, луги, кіслоти). Теоретична частина.
Термодінаміка електрохімічної корозії Е л ектрохімічниймеханізма корозії полягає в тому, що загальна реакція хімічної взаємодії реагента з металом розподіляється на два в значній мірі самостійних процеса: - Анодний процесс (окислення)- перехід металу в розчин електроліту в якості гидратованих іонів з еквівалентною кількістю електронів в металі: - Ме —> Ме+n + nе, -катодний процес (відновлення)-асиміляція електронів в металі деполярізаторами(атомами, молекулами або іонами розчину, які можуть відновлюватися на катоді: Д + ze—»[Д zе], де Д - деполярізатор (окислювач). Термодінамічну можливість протікання е л ектрохімічної корозії визначають згідно зміни энергії Гіббса:
-Δ Gт = z ∙ F ∙ E, де F – число Фарадея; Е-ЕДС гальванічного корозійного елементу; Z – число електронів, які приймають участь у реакції. При цьому Е=φ к -φ А, а φ к и φ А визначають відповідно рівняння Нернста: φ к = φ 0Д / [ Дze] + RT/ZF∙ ln а Д φ А = φ 0Меz+/ Ме + RT/ZF∙ ln а Меz+ де φ 0 - стаціонарний потенціал при а к=1; Т – температура; а – активність відповідних іонів; R – газова постоянна. Величина φ 0 різних металів дозволяє зробити висновок про термодінамічну нестабільність металу, якщо метал має найбільш електронегативний потенціал, тоді він має бути більш активним і вступати в реакцію. Наприклад: φ Fe2+/ Fe = -0, 44 В; φ 0Al3+/ Al =-1, 66 В; φ Cr = -0, 913 В; φ Mg2+/ Mg = -2, 37 В; φ 0Ti = -1, 63 В; φ Cd = -0, 402 В; φ Sn = -0, 136 В; φ Сu = +0, 337 В; φ Au = +1, 68 В.
Наведені данні показують, що найбільш електрохімічно активними мають бути тітан і алюміній. Головні катодні реакції: - кіслородна деполярізія: О2 + 4е + 2Н2О → 4ОН_ О2 + 4е + 4Н+ → 2 Н2О - водородна деполярізація: Н+ + е → ½ Н2 Потенціали, при яких відбувається поглинання О2 або виділення Н2 дорівнюють: Н2 → φ = -0, 059 pH ≈ 0, 0 В; О2 → φ = 1, 23 – 0, 059 pH ≈ 1, 23 В. Щоб вирішити питання про можливість протікання корозії треба визначити знак ЕДС. Е = φ к -φ А, где φ А – потенціал металлу в данному електроліті; φ к – потенциал водородного або кіслородного електроду в електроліті. Наприклад: Аналізуємо поведінку Fe в кислому середовищі: Е = φ к - φ А φ А Fe2+/Fe = -0, 44 В φ к ≈ 0, 00 В (в кислому середовищі) Е = 0, 00 - (-0, 44) = 0, 44 В Якщо Е > 0, тоді Δ G < 0, тобто корозія заліза можлива. Аналізуємо поведінку Cu в кислому середовищі φ А Си2+/Си = +0, 34В; Е = 0, 00 – 0, 34 = -0, 34 < 0. Таким чином у кислому середовищі для міді Δ G > 0, тобто розчинення (корозія) міді не можливо (а).
ЗРАЗОК РОЗРАХУНКУ. Які катодні і анодні процеси можуть відбуватися на Ме1 и Ме2 в указаному средовищі? Розглянути два випадка: a) Металли не контактують друг з другом; b) Металли знаходяться у контакті. Т = 298 К. Дано: Zn и Pb, середовище – луга. a) Розглянемо можливість корозії кожного металу. Термодінамічну можливість окислення визначаємо величиною ізобарно – ізотермічного потенціалу Тоді Е= 0, 64-(-0, 76)= 1, 4 В > 0 (потенціал цинку = - 0, 76 В), таким чином Запишимо реакції, які протікають у цьому випадку: А: Zn → Zn +2+2 К: О2+4 Аналогічно розглянемо термодинамічну можливість коррозії Pb в лузі. Е =0, 64-(- 0, 126)= 0, 766 В > 0 (потенциал Pb = - 0.126 В), А: Pb → Pb +2+2 К: О2+4 b) У випадку контакта: Zn и Pb, більш електропозитивний метал (у данному випадку свинець, який має К: О2+4
Zn буде анодом и буде руйнуватися згідно реакції: А: Zn → Zn +2+2 - Ва ріанти індівідуальних завдань. - Таблиця 1 Данні для розрахунків можливості протікання електрохімічної корозії /3, 4/
Література 1. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. – М.: Металлургия, 1976.- 472с. 2 Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Коррозия и защита металлов.- М.: Металлургия, 1981. -214с. 3.Томашов Н.Д., Чернов Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы.-М.: Металлургия, 1976, -472с. 4.Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Коррозия и защита металлов «для студентов специальностей: 11.01, 11.06, 11.07, 11.08 /Сост.: Т.В.Малышева. – Днепропетровск: ДметИ, 1992. – 32с. 5.Методические указания по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов технических специальностей ОМД и МЧМ / Сост.Е.С. Чигиринец. Днепропетровск: ГИПОмет.2002-41с.
Викладач: к. т.н. зв., доц. Е. В. Власова
Зав. каф. ОМТ буд. т.зв., проф. М. И. Ханин
|