АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Гальванічні елементи. Корозія металів

Читайте также:
  1. Взаємодія металів з кислотами
  2. Взаємодія металів з неметалами
  3. Економічна система: сутність, структурні елементи. Типи економічних систем.
  4. Загальні властивості металів
  5. Корозія металів
  6. Тема 1. Загальні поняття про одержання металів і сплавів
  7. ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
  8. ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
  9. Хімічні властивості неметалів.

 

Електрохімія вивчає процеси перетворення хімічної енергії в електричну і навпаки.

Електрохімія розглядає виникнення електричного потенціалу на межі поділу двох фаз метал – розчин, утворення електрорушійної сили (ЕРС) у гальванічних елементах, а також явище електролізу.

Гальванічний елемент – це прилад, в якому енергія окислювально-відновної реакції перетворюється безпосередньо в електричну. Прикладом може бути гальванічний мідно-цинковий елемент (елемент Якобі–Даніеля, див. рис.1 на с.18),

(-) Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu (+)

Двома вертикальними рисками позначено межу поділу розчинів обох солей.

У цьому елементі цинковий електрод є анодом, а мідний – катодом. На аноді відбувається окислення (Zn - 2е-=Zn2+), на катоді – відновлення (Cu2++2е-=Cu). Сумарна реакція Zn+Cu2+=Zn2++Cu є джерелом електричного струму.

Електрорушійну силу (ЕРС) гальванічного елемента визначають як різницю електродних потенціалів. При цьому від потенціалу катода віднімають потенціал анода:

ЕРС=Eкатода-Eанода (3)

Приклад 2. Обчислити ЕРС гальванічного елемента Якобі-Даніеля, якщо концентрація розчину ZnSO4 - 0,1 моль/л, а розчину CuSO4 - 2 моль/л.

Розв’язання. Знаходимо потенціал мідного електрода (катода):

В.

Знаходимо потенціал цинкового електрода (анода):

В; В.

Знаходимо ЕРС елемента:

ЕРС=0,35 - (-0,79)=1,14 В.

Гальванічний елемент, що складається із двох однакових електродів, занурених у розчин однорідної солі різних концентрацій, називається концентраційним елементом.

(-) Ag ½ AgNO3 ½½ AgNO3 ½ Ag (+)

C2 C1

У концентраційних елементах катодом є електрод, що має більшу концентрацію солі C1, анодом – електрод з меншою концентрацією солі C2.

ЕРС таких елементів обчислюють за рівнянням:

(4)

До окислювально-відновних відносять гальванічні елементи, в яких реакція окислення або відновлення проходить у розчині без участі матеріалу електрода, останній служить лише провідником електронів. Прикладом окислювально-відновного електрода може бути платина, занурена в розчин солей FeCl2 і FeCl3. Якщо такий електрод з’єднати з будь-яким іншим у замкнутий елемент, то в ньому проходитиме реакція окислення-відновлення.

Fe3++e-=Fe2+

Потенціал такого електрода обчислюють за формулою:

(5)

де [oxyd], [red] - концентрація відповідно окисленої і відновленої форми.

Катод – це електрод, на якому відбуваються відновні процеси. Анод – це електрод, на якому проходять окислювальні процеси. У гальванічних елементах катод має позитивний знак /+/; анод – негативний /-/. При електролізі катод негативний, анод – позитивний.

У гальванічних елементах електродний потенціал катода завжди більший, ніж анода.

Приклад 3. Визначити катод і анод для таких двох металів: а) цинк – срібло; б) цинк – магній. Привести схеми цих елементів.

Розв’язання. а) В; В. Отже цинковий електрод – анод, срібний – катод.

б) В; В. Таким чином, цинковий електрод буде катодом, а магнієвий – анодом.

Схеми таких елементів:

а) (-) Zn ½ Zn2+ ½½ Ag+ ½ Ag (+)

б) (-) Mg ½ Mg2+ ½½ Zn2+ ½ Zn (+)

Корозіяце процес руйнування металу внаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії його з навколишнім середовищем: повітрям, водою, газами, розчинами кислот, лугів і солей.

Розрізняють хімічну й електрохімічну корозії. В основі хімічної корозії лежать звичайні хімічні реакції утворення оксидів і солей у середовищах, що не проводять електричного струму (гази при високих температурах, нафтопродукти, мастила, продукти термічної деструкції полімерів).

Електрохімічна корозія виникає в системах, що проводять електричний струм у тих випадках, коли самовільно утворюються гальванічні елементи. Прикладом електрохімічної корозії є корозія чавуну і сталі у вологому середовищі: залізо іржавіє тому, що утворюються гальванічні елементи, в яких катодами є ділянки карбіду заліза Fe3C:

(-) Fe ½ H2O, O2 ½ Fe3C (+)

На анодних ділянках окислюється залізо:

Fe – 2e-= Fe2+

На катодних - відбувається відновлення:

2H2O+O2+4e-=4OH-

Внаслідок вторинних процесів:

Fe2++2OH-=Fe(OH)2

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

Fe(OH)3=H2O+FeO(OH)

утворюється іржа – суміш нерозчинних продуктів - гідроксидів Fe(OH)2, Fe(OH)3 і оксигідроксидів заліза FeO(OH).

Приклад 4. Написати схеми гальванічних елементів, що утворюються при контактній корозії заліза, покритого цинком, і заліза, покритого оловом.

Розв’язання. У першому випадку утворюється гальванічний елемент

(-) Zn ½ H2O, O2 ½ Fe (+)

в результаті роботи якого руйнується цинк на анодних ділянках:

Zn – 2e-= Zn2+

На катодних ділянках утворюються гідроксид-іони:

2H2O+O2+4e-=4OH-

Утворення гідроксиду цинку – вторинний процес

Zn2++2OH-=Zn(OH)2

У другому випадку виникає гальванічний елемент:

(-) Fe ½ H2O, O2 ½ Sn (+)

в результаті роботи якого руйнується залізо на анодних ділянках:

Fe – 2e-= Fe2+

На катодних ділянках утворюються гідроксид-іони, а потім бура іржа

Fe2++2OH-=Fe(OH)2

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

У першому випадку цинк окислюється і захищає залізо від корозії (анодний захист); у другому випадку олово захищає залізо, якщо на поверхні заліза утворюється суцільна без тріщин олов’яна плівка (катодний захист).

Присутність іонів H+, Cl-, Br-, I-, CN-, помітно збільшує швидкість корозії.

Температура досить сильно впливає на швидкість корозії. Як правило, з підвищенням температури швидкість корозії збільшується.

Присутність карбонатів, фосфатів і хроматів сповільнює корозію.

Велике значення у процесах корозії має склад і мікроструктура металу (чим метал однорідніший, тим корозійна стійкість вища).

Для зменшення корозії застосовують різні методи: 1) обробляють навколишнє середовище з метою усунення речовин, які викликають корозію; 2) замінюють повітря (О2) на гелій або інший інертний газ, чи просто створюють вакуум; 3) додають різні інгібітори корозії; 4) створюють захисні плівки (оксидні, масляні, металічні або лакові); 5) вводять у метал компоненти, що підвищують його корозійну стійкість; 6) застосовують протекторний або катодний захист.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)