Что такое коррозия в химии – Коррозия металлов. Виды коррозии металлов

alexxlab | 06.08.2019 | 559 | Разное

Коррозия металлов в химии

Различают коррозию в газах (газовая коррозия), происходящую при высоких температурах в отсутствии воздействия влаги на поверхности металлов, и электрохимическую коррозию (коррозия в растворах электролитов, а также коррозия во влажной атмосфере). В результате газовой коррозии на поверхности металлов образуются оксидные, сульфидные и т.д. пленки. Этому виду коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания и т.д.

В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых продуктов, так и переходу металла в раствор в виде ионов. Этому типу коррозии подвергаются трубопроводы, находящиеся в земле, подводные части кораблей и т.д.

Любой раствор электролита – водный раствор, а в воде содержатся кислород и водород, способные к восстановлению:

O₂ + 4H⁺ +4e = 2H₂O (1)

2H⁺ +2e=H₂ (2)

Эти элементы являются окислителями, которые вызывают электрохимическую коррозию.

При написании процессов, происходящих при электрохимической коррозии важно учитывать стандартные электродные потенциалы (ЭП). Так, в нейтральной среде ЭП процесса 1 равен 0,8B, поэтому окислению кислородом подвергаются металлы ЭП которых меньше, чем 0,8B (металлы, расположенные в ряду активности от его начала до серебра).

ЭП процесса 2 — -0,41В, значит окислению водородом подвергаются только те металлы, потенциал которых ниже, чем -0,41В (металлы, расположенные в ряду активности от его начала до кадмия).

На скорость коррозии большое влияние оказываю примеси, которые может содержать тот или иной металл. Так, если в металле имеются примеси неметаллического характера, а их ЭП выше, чем ЭП металла, то скорость коррозии существенно повышается.

Виды коррозии

Различают несколько видов коррозии: атмосферную (коррозия во влажном воздухе при н.у.), коррозию в грунте, коррозия при неравномерной аэрации (доступ кислорода к разным частям металлического изделия, находящегося в растворе, неодинаков), контактная коррозия (соприкосновение 2х металлов, с разными ЭП в среде, где присутствует влага).

При коррозии на электродах (аноде и катоде) происходят электрохимические реакции, которые можно записать соответствующими уравнениями. Так, в кислой среде электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией, т.е. на катоде выделяется водород (1). В нейтральной среде электрохимическая коррозия протекает с кислородной деполяризацией — на катоде происходит восстановление воды (2).

А (анод) (-): Me — ne →Meⁿ⁺ – окисление

К (катод) (+):2H⁺ +2e=H₂↑ — восстановление (1)

А (анод) (-): Me — ne →Me

n⁺ – окисление

К (катод) (+): O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^— — восстановление (2)

В случае атмосферной коррозии на электродах происходят следующие электрохимические реакции (причем на катоде, в зависимости от среды могут протекать различные процессы):

А (анод) (-): Me→Meⁿ⁺ +ne

К (катод) (+): O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^— (в щелочной и нейтральной среде)

К (катод) (+): O₂ + 4H⁺ + 4e → 2H₂O (в кислой среде)

Защита от коррозии

Для защиты от коррозии применяют следующие методы: использование химически стойких сплавов; защита поверхности металлов покрытиями, в качестве которых чаще всего используют металлы, покрывающиеся на воздухе оксидными пленками, устойчивыми к действию внешней среды; обработка коррозионной среды; электрохимические методы (катодная защита, метод протекторов).

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Коррозия Википедия

Корро́зия, ржавление, ржа — это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Разрушение по физическим причинам не является коррозией, а характеризуется понятиями «эрозия», «истирание», «износ». Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Пример — кислородная коррозия железа в воде:

4Fe+6h3O+3O2→4Fe(OH)3{\displaystyle {\rm {4Fe+6H_{2}O+3O_{2}\rightarrow 4Fe(OH)_{3}}}}

Гидроксид железа Fe(OH)₃ и является тем, что называют ржавчиной.

В повседневной жизни для сплавов железа (сталей) чаще используют термин «ржавление» — коррозия железа и его сплавов с образованием продуктов коррозии, состоящих из гидратированных остатков железа.

На неметаллические материалы определение коррозии не распространяется. Применительно к полимерам существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старение резины из-за взаимодействия с кислородом воздуха или разрушение некоторых пластиков под воздействием атмосферных осадков, а также биологическая коррозия.

Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.

Классификация видов коррозии[ |

ru-wiki.ru

Коррозия металлов – проблема химии?

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Начало практического использования человеком железа относят к IX веку до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло из бронзового века в век железный.

В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.

Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно большой ущерб. По имеющимся данным, около 10% ежегодной добычи металла расходуется на покрытие безвозвратных потерь вследствие коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, так как вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. К потерям, которые терпит народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также громадные затраты на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения качества выпускаемой продукции, выход из строя оборудования, аварий в производстве и так далее.

Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.

Коррозия является физико-химическим процессом, защита же от коррозии металлов – проблема химии в чистом виде.

Целью представленной работы является дать общие сведения о коррозии металлов, её видах и типах, вывести основные методы защиты от коррозионных процессов. Недостаток работы в том, что в ней не рассмотрены частные случаи коррозии и видов защиты от неё для отдельных металлов, анодный и катодный способы защиты Преимущество в том, что без этого тема раскрыта и даны широкие теоретические сведения о коррозии металлов.

СТРУКТУРА РАБОТЫ

1. Введение.

   1. Понятие коррозии.

Происхождение термина. Определение коррозии. Употребление термина.

2. Характеристики и сущность коррозионных процессов.

   1. Классификация коррозионных сред.

Определение агрессивной среды. Деление агрессивных сред на неагрессивные, слабо-, средне- и сильноагрессивные. Выявление степени агрессивности среды. Классификация степени агрессивности сред по отношению к металлическим конструкциям с учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов, представленная в виде таблицы.

2. Скорость коррозии.

Факторы, влияющие на скорость коррозии. Условия эксплуатации металлов, подверженных атмосферной коррозии.

3. Основы теории коррозии.

Стадии коррозионного процесса. Ионное состояние – выгодное для металла состояние. Вывод о первопричине коррозии.

1. Классификация коррозионных процессов.

Сплошная коррозия: сущность и последствия. Местная коррозия: сущность и опасность. Язвенная, точечная, щелевая, контактная, межкристаллическая местная коррозия, коррозионное растрескивание. Понятие питтингов.

Сущность химической коррозии. Примеры. Катализаторы процесса. Механизм протекания. Газовая коррозия.

Сущность электрохимической коррозии. Схема процесса. Электрохимическая теория коррозии. Гальванический элемент. Деление общей реакции взаимодействия металлов и среды на самостоятельные электродные процессы. Понятие и классификация деполяризации. Кислородная деполяризация: сущность, схема и стадии процесса, кинетически-диффузный контроль. Типы электрохимической коррозии. Коррозия в электролитах: классификация в зависимости от характера среды, от условий воздействия жидкой среды на металл. Почвенная коррозия: особенности, скорость, влияние на развитие биологических процессов в почве. Атмосферная коррозия: мокрая и влажная. Коррозия в условиях механических воздействий: коррозионное растрескивание, усталость, кавитация и эрозия.

3. Методы защиты от коррозии.

Проблема защиты металлов от коррозионных процессов. Задачи химиков.

1. Легирование.

Сущность легирования. Правило Таммана.

2. Защитные пленки.

3. Грунтовки и фосфатирование.

4. Электрохимическая защита.

5. Силикатные покрытия.

6. Цементные покрытия.

7. Покрытия металлами.

Основные методы нанесения покрывающего слоя. Группы металлических покрытий.

8. Ингибиторы.

Понятие ингибиторов. Классификация. Эффективность. Примеры.

4. Применение противокоррозионных защитных покрытий

5. Заключение

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

1. Оцинкованное железо, по сравнению с луженым, более долговечно. Почему? Какие процессы происходят, если на поверхности оцинкованной емкости (ведра, бака) имеется царапина?

В повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с покрытиями железа цинком и оловом. Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным, а покрытое оловом (луженое) – белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а из второго изготавливают консервные банки. Уже из этого можно сделать вывод о том, что оцинкованное железо более долговечно, потому что кровли находятся в изменчивых метеорологических условиях и в более агрессивной среде, чем консервные банки. Но разберемся в этом вопросе шире. Для этого я предлагаю рассмотреть схему коррозии оцинкованного и луженого железа.

При нарушении покрывающего слоя коррозия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Трещины и царапины заполняются влагой и образуются растворы. Цинк более электроотрицателен, чем железо, поэтому его ионы будут преимущественно переходить в раствор, а остающиеся электроны будут перетекать на более электроположительное железо, делая его катодом. К железу-катоду будут подходить ионы водорода и разряжаться, принимая электроны. Образующиеся атомы водорода объединяются в молекулу. Таким образом, потоки ионов будут разделены, а это облегчает протекание электрохимического процесса. Коррозии будет подвергаться цинковое покрытие, а железо на некоторое время будет защищено. Именно на этом основан протекторный метод защиты металлов от коррозии.

При наличии дефектов на белой жести процесс коррозии иной, чем для оцинкованного железа. Олово электроположительнее железа, поэтому катодом становится не железо, а олово. Это значит, что растворению подвергается железо. В результате коррозии слой олова сохраняется, а под ним активно коррозирует железо.

2. Что такое ржавчина? Укажите ее состав, запишите уравнения химических реакций, происходящих при образовании ржавчины.

Ржавчиной называют гидратированный оксид железа. Представляет собой рыхлый порошок светло-коричневого цвета.

Коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением: 4Fe + 3O₂ + 2H₂O = 2 Fe₂O₃^.H₂O

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Введение.

   1. Понятие коррозии.

2. Характеристики и сущность коррозионных процессов.

   1. Классификация коррозионных сред.

   2. Скорость коррозии.

   3. Основы теории коррозии.

   4. Классификация коррозионных процессов:

3. Методы защиты от коррозии.

   1. Легирование

   2. Защитные пленки

   3. Грунтовки и фосфатирование

   4. Электрохимическая защита

   5. Силикатные покр

mirznanii.com

Химическая коррозия металлов

Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь. Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.

Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.

 

Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).

 

Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.

Коррозия вызывается химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла, например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо.

В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением:

4Fe + 6h3O (влага) + 3O2 (воздух) = 4Fe(OH)₃

Гидроксид железа(III) очень неустойчив, быстро теряет воду и превращается в оксид железа(III). Это соединение не защищает поверхность железа от дальнейшего окисления. В результате железный предмет может быть полностью разрушен.

Многие металлы, в том числе и довольно активные (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха.

Алюминий в обычных условиях устойчив к воздействию воздуха и воды, даже кипящей, однако если на поверхность алюминия нанести ртуть, то образующаяся амальгама разрушает оксидную пленку – выталкивает ее с поверхности, и металл быстро превращается в белые хлопья метагидроксида алюминия:

4Al + 2H₂O + 3O₂ = 4AlO(OH)

Амальгамированный алюминий взаимодействует с водой с выделением водорода:

2Al + 4h3O = 2AlO(OH) + 3h3

Коррозии подвергаются и некоторые довольно мало активные металлы. Во влажном воздухе поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной) в результате образования смеси основных солей.

Иногда при коррозии металлов происходит не окисление, а восстановление некоторых элементов, содержащихся в сплавах. Например, при высоких давлениях и температурах карбиды, содержащиеся в сталях, восстанавливаются водородом.

Электролиз расплавов и растворов соединений металлов.

Определение

Электролиз – это физико-химический окислительно-восстановительный процесс, протекающий в растворах или расплавах электролитов под действием электрического тока, заключающийся в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ – продуктов вторичных реакций на электродах.

Электролиз расплава

I. Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие при элек­тро­ли­зе рас­пла­вов элек­тро­ли­тов

В рас­пла­вах элек­тро­ли­ты дис­со­ци­и­ру­ют на ионы. Это тер­ми­че­ская дис­со­ци­а­ция элек­тро­ли­тов. При про­пус­ка­нии элек­три­че­ско­го тока ка­ти­о­ны вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся на ка­то­де, так как при­ни­ма­ют от него элек­тро­ны. Ани­о­ны кис­лот­но­го остат­ка и гид­рок­сид-ани­о­ны окис­ля­ют­ся на ка­то­де, так как от­да­ют ему свои элек­тро­ны.

При­мер №1. Элек­тро­лиз рас­пла­ва хло­ри­да на­трия

При тер­ми­че­ской дис­со­ци­а­ции хло­ри­да на­трия об­ра­зу­ют­ся ионы на­трия и хлора.

Na Cl → Na⁺ + Cl⁻

– на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся на­трий:

2 Na⁺ + 2 e⁻ → 2 Na

– на аноде вы­де­ля­ет­ся хлор:

2 Cl⁻ − 2 e⁻ → Cl₂

– сум­мар­ное ион­ное урав­не­ние ре­ак­ции (урав­не­ние ка­тод­но­го про­цес­са по­мно­жи­ли на 2)

2 Na⁺ + 2 Cl⁻ → 2 Na⁰ + Cl⁰₂

– сум­мар­ная ре­ак­ция:

2 NaCl 2 Na + Cl₂

При­мер №2. Элек­тро­лиз рас­пла­ва гид­рок­си­да калия

При дис­со­ци­а­ции гид­рок­си­да калия об­ра­зу­ют­ся ионы калия и гид­рок­сид ионы.

КОН → К⁺ + ОН⁻

– на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся калий:

К⁺ + 1 e⁻ → К

– на аноде вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род и вода:

4ОН⁻ − 4 e⁻ → О₂ + 2Н₂О

– сум­мар­ное ион­ное урав­не­ние ре­ак­ции (урав­не­ние ка­тод­но­го про­цес­са по­мно­жи­ли на 4)

4К⁺ + 4ОН⁻ → 4 К⁰ + О₂ + 2Н₂О

– сум­мар­ная ре­ак­ция:

4КОН 4 К⁰ + О₂ + 2Н₂О

При­мер №3. Элек­тро­лиз рас­пла­ва суль­фа­та на­трия

При дис­со­ци­а­ции рас­пла­ва суль­фа­та на­трия об­ра­зу­ют­ся ионы на­трия и суль­фат-ио­ны.

Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SО₄²⁻

– на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся на­трий:

Na⁺ + 1 e⁻ → Na

– на аноде вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род и оксид серы (VI):

2SО₄²⁻ − 4 e⁻ → 2SО₃ +О₂

– сум­мар­ное ион­ное урав­не­ние ре­ак­ции (урав­не­ние ка­тод­но­го про­цес­са по­мно­жи­ли на 4)

4 Na⁺ + 2SО₄²⁻ → 4 Na ⁰ + 2SО₃ +О₂

– сум­мар­ная ре­ак­ция:

2 Na₂SO₄ 4 Na ⁰ + 2SО₃ +О₂

За­ко­но­мер­но­сти элек­тро­ли­за рас­пла­вов элек­тро­ли­та

1. При элек­тро­ли­зе рас­пла­вов ще­ло­чей и солей на ка­то­де оса­жда­ет­ся ме­талл.

2. Ани­о­ны бес­кис­ло­род­ных кис­лот окис­ля­ют­ся на аноде, давая со­от­вет­ству­ю­щее со­еди­не­ние, на­при­мер, хло­рид-ани­о­ны об­ра­зу­ют хлор.

3. Ани­о­ны кис­ло­род­со­дер­жа­щих кис­лот об­ра­зу­ют со­от­вет­ству­ю­щий оксид и кис­ло­род.

Электролиз раствора

II. Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие при элек­тро­ли­зе рас­тво­ров элек­тро­ли­тов

При элек­тро­ли­зе рас­тво­ров элек­тро­ли­тов, кроме ин­те­ре­су­ю­щих нас со­еди­не­ний есть еще и вода, ко­то­рая также может под­вер­гать­ся элек­тро­ли­зу. По­это­му, ис­хо­дя из стро­е­ния со­еди­не­ния, элек­тро­лиз может про­те­кать либо с иона­ми соли, либо с водой.

Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие на ка­то­де

1. Ка­ти­о­ны ак­тив­ных ме­тал­лов, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний до алю­ми­ния, не раз­ря­жа­ют­ся на ка­то­де. См. рис. 2. В этом слу­чае про­ис­хо­дит толь­ко вос­ста­нов­ле­ние воды.

Рис. 2

2Н₂О+2 e⁻ → Н₂ + 2ОН⁻

2. Ка­ти­о­ны ме­тал­лов, рас­по­ло­жен­ных в ряду на­пря­же­ний от алю­ми­ния до во­до­ро­да, раз­ря­жа­ют­ся в той или иной сте­пе­ни од­но­вре­мен­но с мо­ле­ку­ла­ми воды. При этом од­но­вре­мен­но про­ис­хо­дят сле­ду­ю­щие про­цес­сы:

Meⁿ⁺+ne^– → Me

2Н₂О+2 e⁻ → Н₂ + 2ОН⁻

3. При на­ли­чии в рас­тво­ре ка­ти­о­нов ме­тал­лов, рас­по­ло­жен­ных в ряду на­пря­же­ний после во­до­ро­да, на ка­то­де, пре­жде всего, про­ис­хо­дит вос­ста­нов­ле­ние ка­ти­о­нов этих ме­тал­лов. Meⁿ⁺+ne^– →Me

Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие на аноде

Раз­ли­ча­ют два типа ано­дов: инерт­ный и ак­тив­ный. Инерт­ный анод – это анод, ма­те­ри­ал ко­то­ро­го не окис­ля­ет­ся в про­цес­се элек­тро­ли­за (Pt). Ак­тив­ный анод – это анод, ко­то­рый окис­ля­ет­ся в про­цес­се элек­тро­ли­за. На­при­мер, гра­фит.

Элек­тро­лиз с инерт­ным ано­дом

В анод­ном про­цес­се могут при­ни­мать уча­стие ани­о­ны неко­то­рых бес­кис­ло­род­ных кис­лот Cl^– ,Br^– ,I^–, S^2-и гид­рок­сид-ио­ны ОН ^–( раз­ря­жа­ют­ся толь­ко эти ани­о­ны), на­при­мер:

2Br^– – 2е^– →Br_2; 4ОН⁻ − 4 e⁻ → О₂ +2Н₂О (в ще­лоч­ной среде)

Если в рас­тво­ре при­сут­ству­ют ани­о­ны F^–,SO^2-₄, NO^–₃, PO₄^3-, CO₃^2- и неко­то­рые дру­гие, то окис­ле­нию под­вер­га­ет­ся толь­ко вода:

2Н₂О – 4 e⁻ → О₂ + 4Н⁺(в ней­траль­ной и кис­лой среде)

Элек­тро­лиз с ак­тив­ным ано­дом

В слу­чае с ак­тив­ным ано­дом, число кон­ку­ри­ру­ю­щих окис­ли­тель­ных про­цес­сов уве­ли­чи­ва­ет­ся до трех:

– Элек­тро­хи­ми­че­ское окис­ле­ние ма­те­ри­а­ла анода

– Окис­ле­ние воды с вы­де­ле­ни­ем кис­ло­ро­да

– Окис­ле­ние ани­о­нов рас­тво­рен­но­го со­еди­не­ния

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru