Окисление металла в среде неэлектролита: Коррозия металлов и её виды — урок. Химия, 11 класс.

alexxlab | 15.07.2023 | 0 | Разное

Коррозия металлов – презентация онлайн

Похожие презентации:

Химические свойства металлов. Коррозия металлов

Коррозия металлов

Коррозия металлов

Металлы

Понятие о коррозии металлов. Способы защиты от коррозии

Коррозия металлов

Коррозия металлов

Коррозия металлов

Коррозия металлов

Коррозия металла. Способы защиты от коррозии

1. Me0 –ne = Me+n – окисление восстановитель

Li – Al (без t)
М
+ O2
Е
+
Zn – Hg (t)
= оксид
Ag – Au (не окисляются)
неметалл
Li – Al
Т
+
= соль
= Me(OH)n
h3O
+ h3
Zn – h3, t = M2On
А
Л
Л
+ кислота Li –h3 (Mg – h3 р-р) = соль(p) + h3
+
соль (Mg – h3 р-р) = соль (р) + Ме
+
Mе2On
= Mе + M2Om

2. Коррозия – самопроизвольное разрушение (окисление) металлов под действием факторов окружающей среды

Хвастается новенький металл:
«Как силен я, смел и как удал!
Неподвластен никакой угрозе я.
Кроме рыжей крысы
с именем коррозия».

3. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

4. ЗНАЧЕНИЕ КОРРОЗИИ

1. Приводит к разрушению приборов и
конструкций, машин, крыш
памятников, мостов.
2. Вызывает серьезные экологические
последствия: утечка нефти, газа,
других химических продуктов.
3. Отрицательно влияет на жизнь и
здоровье людей.
Чтобы защитить металл от коррозии
необходимо знать ХИМИЧЕСКУЮ
СУЩНОСТЬ происходящих при этом
процессов.

5. I.Общее представление о коррозии (исторический этап).

1586г.
1733г.
Коррозионная стойкость
металла зависит от:
•Самого металла
•Влияния среды
Делийская колонна,
возраст 2800 лет
(IX в. до н. э.)

7. II. Химическая сущность коррозии (информационно-экспериментальный этап)

Коррозионная стойкость
металла зависит от:
Самого металла
Чистое железо не окисляется,
причина коррозии – наличие
примесей в металле, его
неоднородность.
Делийская колонна
ω(Fe) – 99,72%

8.

II. Химическая сущность коррозии (информационно-экспериментальный этап)Коррозионная стойкость металла
зависит от:
Влияния среды
Виды коррозии
/
\
Химическая
Электрохимическая

9. Химическая(газовая) коррозия – это разрушение металла окислением его в окружающей среде (среде неэлектролита ) без

возникновения
электрического тока в системе.
2Zn + O2 = 2ZnO
металл не
разрушается
Плотная оксидная пленка,
прекращающая доступ O2
(Аl, Pb, Sn)
к металлу и дальнейшую
коррозию
3Fe +2O2 = (FeO;Fe2O3)Fe3O4
Разрушение
металла
Смесь
Рыхлая пленка
приводит к полному
разрушению металла

10. Электрохимическая коррозия – это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

1. Нейтральная или щелочная среда
(окислитель – кислород О2).
cтакан №1
4Fe + 3O2 + 6h3O = 4 Fe(OH)3↓
ржавчина
разрушение железа
Fe – 3e = Fe3+ | 4 – окисление
восстановитель
O2 + 2*2e = 2O2- | 3 -восстановление
окислитель

11.

Электрохимическая коррозия стакан №22. Кислотная среда
(окислитель – ионы водорода Н+).
Fe + 2HCl =FeCl2 + h3
разрушение железа
Fe – 2e = Fe2+ | 1 – окисление
востановитель
2H+ +2e = h3 | 1 – восстановление
окислитель

12. Электрохимическая коррозия стакан №3

Zn + 2HCl = ZnCl2 + h3
разрушение цинка
Zn; Zn -2e = Zn2+ | 1- окисление
восстановитель
Fe; 2H+ +2e = h3 | 1 – восстановление
окислитель

13. Электрохимическая коррозия стакан №4

Fe + 2HCl =FeCl2 + h3
разрушение железа
Fe; Fe- 2e = Fe2+ | 1 – окисление
восстановитель
Cu; 2H+ +2e = h3 | 1 – восстановление
окислитель

14. Выводы:

При взаимном контакте двух
металлов в среде электролита,
более активный металл (стоящий
левее) будет разрушаться
(окисляться).

15. Решение проблемы коррозии

Рыжей крысе – ржавчине, что шарит по углам,
Ни одной железочки больше я не дам!
Пусть не разевает свой зубастый рот –
Ей больше не достанется «железный бутерброд».

16. III. Способы защиты металлов от коррозии (практический этап)

1. Нанесение защитных
покрытий
Неметаллических
лаки, краски.
Металлических –
покрытие слоем других металлов Cr, Ni, Sn, Zn, Au
Лужение – покрытие железного листа слоем олова
(консервная банка).

17. III. Способы защиты металлов от коррозии (практический этап)

2. Использование нержавеющих сталей
сплавы содержащие Cr, Ni, Ti.
скульптура «Рабочий и колхозница»
нержавеющая сталь
обелиск «Покорителям космоса»
титановый сплав

18. III. Способы защиты металлов от коррозии (практический этап)

3. Протекторная защита создание контакта с более
активным металлом
протектором
4. Обработка среды:
Удаление окислителей (деаэрация – удаление
кислорода) (рис.17стр.48).
Использование замедлителей коррозии –
ингибиторов.

English     Русский Правила

Коррозия металлов. Химическая и электрохимическая коррозия. Защита от коррозии

Химия \ Химия

Страницы работы

5 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

Коррозия металлов

Коррозия – это активное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды. Самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс. Представляет собой окисление металла при контакте с водой и под воздействием растворённого в ней кислорода (кислородная коррозия).

Наносит большой экономический ущерб (выход из строя оборудования, машин, механизмов, разрушение металлических конструкций, аппаратуры химической промышленности, контактирующей с агрессивными химическими средами).

Коррозия

Ø  В зависимости от локализации:

o  Сплошная = общая – затрагивает всю поверхность металла

o  Местная = локальная – в отдельных участках

Ø  В зависимости от механизма процесса:

o  Химическая

o  Электрохимическая

Химическая коррозия

Это окисление металлов без возникновения гальванической пары (например, в аппаратах химической промышленности или в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания). Электрический ток в системе не возникает. Металлы взаимодействуют с составными частями среды – газами, растворами неэлектролитов.     

Газовая коррозия – окисление металлов компонентами газовой среды. Наиболее опасны О₂, пары Н₂О, СО₂, SO₂. Скорость окисления значительно возрастает при высоких температурах (выше 600^оС).

Коррозионное разрушение железа и его сплавов в атмосфере кислорода

На поверхности железа появляется слой окалины Fe₃O₄ – смесь оксидов железа (2) и железа (3).  

2Fe  + O₂ = 2FeO

Fe –^{2e– = Fe2+   | 2}

O₂ + 4e^– = 2O^-2   | 1

 4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃

Fe – 3e^– = Fe³⁺    | 4

O₂ + 4e- = 2O^-2   | 3    

Рыхлая плёнка оксидов не защищает железо от дальнейшего разрушения. Поэтому при длительной работе аппарата в условиях высоких температур и в присутствии кислорода железо полностью окисляется, и аппарат разрушается.

Коррозия в среде неэлектролитов (в двигателях внутреннего сгорания и в реактивных двигателях). Примеси серы и её соединений, содержащиеся в топливе, окисляются до оксида серы (4) и оксида серы (6). Эти вещества вызывают разрушение металла.   

Электрохимическая коррозия

Это разрушение металла при контакте с раствором электролита с возникновением гальванической пары

. Происходит не только окисление металла, но и возникновение электрического тока в системе «металл – окружающая среда». Наносит наибольший вред (разрушение металла).

Разновидности электрохимической коррозии:

Ø  Атмосферная – протекает на поверхности металла под действием сконденсированной влаги. Эта влага растворяет примеси из воздуха (оксиды азота, диоксид серы, хлороводород и др.), которые ускоряют коррозию.

Ø  Почвенная – протекает при контакте металлов с грунтовыми водами (трубопроводы, кабели, рельсы)

Ø  Морская – протекает при контакте металлов с морской водой (обшивка судов, оборудование, применяемое в портах)

Электрохимическую коррозию вызывают:

v Примеси других металлов и неметаллов. Чем дальше друг от друга в ряду напряжений расположены металлы, образующие гальваническую пару, тем выше скорость коррозии.

v Неоднородность поверхности металла, на которой образуется микрогальванический элемент (электролитом является влага).

При электрохимической коррозии на металле протекают одновременно 2 процесса:

Ø  Анодный – окисление металла М, который в результате растворяется: 

М – ze^–  = M^z+

Ø  Катодный – восстановление окислителей – компонентов среды Ох:

Ох + ze^–  = Red

В качестве окислителя в водных растворах в кислой среде выступают Н⁺ (а) или растворенный в воде кислород воздуха (б).

а) 2Н⁺ + 2е- = Н₂

б) О₂ + 2Н₂О + 4е^– = 4ОН^–

Металлы, имеющие положительный стандартный электродный потенциал, подвергаются коррозии только с участием О₂ в средах любой кислотности.

Например, коррозия меди:

Cu – 2e^– = Cu²⁺                  | 2

О₂ + 2Н₂О + 4е^– = 4ОН^–  | 1

2Cu + O₂ + 2H₂O = 2Cu(OH)₂

Контактная коррозия происходит в месте контакта 2 разнородных металлов, помещённых в раствор.

Между двумя разнородными металлами в месте контакта возникает гальваническая пара. Поток электронов идёт от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений, к менее активному металлу, и более активный металл разрушается (корродирует). Менее активный металл является проводником.

Ø  Химический процесс – окисление более активного металла (Me – ze^– = Me^z+)

Ø  Электрический процесс

– перенос электронов от одного участка к другому: от более активного металла – анода (донора электронов) к менее активному – катоду (акцептору электронов). (При электролизе – наоборот!)

Если железо, из которого изготовлена деталь,  содержит примесь менее активного металла (например, меди), то ионы железа, выходя в раствор, передают электроны менее активной меди. В дальнейшем возможны 2 пути развития процесса.

1) При коррозии железных изделий в нейтральной или щелочной среде железо (анод) окисляется до Fe²⁺:

Fe⁰ – 2e^– = Fe²⁺

Кислород, растворённый в электролите,  при этом восстанавливается на меди до ионов ОН^– (кислородная деполяризация катода):

О₂⁰ + 2Н₂О + 4е^–

= 4ОН^–   (рН > 7)

Далее в растворе между ними протекают химические реакции, приводящие к образованию твёрдых рыхлых гидроксидов и оксидов железа (ржавчина), и железо рассыпается в порошок.

Fe²⁺ + 2OH^– = Fe(OH)₂            (2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂)

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃          (2Fe₂O₃  ^. 6H₂O)

Постепенно образуется ржавчина, имеющая переменный состав: Fe₂O₃ ^. nH₂O

2) Аналогично протекает коррозия железа в кислотной среде, например, в воде, содержащей растворённые газы СО₂ и SO₂ (водородная коррозия):

Fe⁰ – 2e^–

= Fe²⁺;  ионы выходят в раствор, электроны перемещаются к менее активному металлу   

2H⁺  + 2e^– = H₂⁰ (pH < 7) – разряжаются на менее активном металле (водородная деполяризация катода)

Похожие материалы

Информация о работе

Скачать файл

16.8: Электрохимическая коррозия — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

265

• Стивен Лоуэр
• Университет Саймона Фрейзера

Цели обучения

Убедитесь, что вы полностью поняли следующие основные идеи.

Особенно важно, чтобы вы знали точное значение всех выделенных терминов в контексте этой темы.

• Электрохимическая коррозия металлов происходит, когда электроны от атомов на поверхности металла переносятся на подходящий акцептор электронов или деполяризатор . Вода должна присутствовать, чтобы служить средой для переноса ионов.
• Наиболее распространенными деполяризаторами являются кислород, кислоты и катионы менее активных металлов.
• Поскольку электроны проходят через сам металлический объект, анодная и катодная области (две половины электрохимической ячейки) могут находиться далеко друг от друга.
• Анодные области имеют тенденцию развиваться в местах, где металл находится под напряжением или защищен от кислорода.
• Контакт с другим металлом, прямой или косвенный, может привести к коррозии более активного металла.
• Коррозию стали можно подавить с помощью цинкования , то есть путем покрытия ее цинком, более активным металлом, растворение которого оставляет на металле отрицательный заряд, препятствующий дальнейшему растворению Fe ²⁺ .
• Катодная защита с использованием внешнего источника напряжения широко применяется для защиты подземных сооружений, таких как резервуары, трубопроводы и опоры. Источником может быть расходуемый анод из цинка или алюминия, сетевой или фотогальванический источник питания.

Коррозию можно определить как разрушение материалов в результате химических процессов. Из них наиболее важной на сегодняшний день является электрохимическая коррозия металлов, при которой процесс окисления М → М ⁺ + е ^– облегчается наличием подходящего акцептора электронов, иногда называемого в науке о коррозии как деполяризатор.

В некотором смысле коррозию можно рассматривать как самопроизвольный возврат металлов в их руды; огромное количество энергии, затраченной на добычу, очистку и производство металлов в полезные предметы, рассеивается множеством различных путей. Экономические аспекты коррозии намного значительнее, чем думает большинство людей; предполагаемая стоимость коррозии только в США составляла 276 миллиардов долларов в год. Из них около 121 миллиарда долларов было потрачено на борьбу с коррозией, а разница в 155 миллиардов долларов осталась чистыми потерями для экономики. Коммунальные услуги, особенно системы питьевого водоснабжения и канализации, испытывают наибольшее экономическое воздействие, а автомобили и транспорт занимают второе место.

Ячейки коррозии и реакции

Особенностью большинства процессов коррозии является то, что стадии окисления и восстановления происходят в разных местах металла. Это возможно, потому что металлы являются проводящими, поэтому электроны могут течь через металл от анодных к катодным областям (рисунок \(\PageIndex{1}\)). Присутствие воды необходимо для переноса ионов к металлу и от него, но тонкой пленки адсорбированной влаги может быть достаточно.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Коррозия — это двухэтапный процесс. Рисунок \(\PageIndex{1}\): Электрохимическая коррозия железа. Коррозия часто начинается в месте (1), где металл находится под напряжением (на изгибе или сварке) или изолирован от воздуха (где соединяются два куска металла или под слабо прилипшей пленкой краски). Ионы металла растворяются в пленке влаги, а электроны мигрируют в другое место (2), где они поглощаются 9{–}} \rightarrow \ce{M(s)} \label{1.7.2c}\]

, где \(\ce{M}\) — металл.

То, какие части металла служат анодами и катодами, может зависеть от многих факторов, как видно из обычно наблюдаемых неравномерных структур коррозии. Атомы в областях, подвергшихся напряжению, которые могут быть получены путем формовки или механической обработки, часто имеют более высокую свободную энергию и, таким образом, имеют тенденцию становиться анодными.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Схематическая диаграмма коррозионных ячеек на железе. (CC BY-NSA-NC; анонимно по запросу)

Если одна часть металлического предмета защищена от атмосферы так, что недостаточно \(\ce{O2}\) для создания или поддержания оксидной пленки, эта “защищенная” область часто будет местом, где коррозия наиболее активна. активный. Тот факт, что такие места обычно скрыты от глаз, объясняет большую часть трудностей в обнаружении коррозии и борьбе с ней.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Точечная коррозия Большинство металлов покрыты тонкой оксидной пленкой, препятствующей анодному растворению. Когда коррозия действительно возникает, иногда в металле образуются узкие отверстия или ямки. Дно этих ямок, как правило, лишено кислорода, что способствует дальнейшему прорастанию ямок в металл. (CC BY 3.0 непортированная; Стивен Лоуэр)

В отличие от анодных участков, которые, как правило, локализованы в определенных областях поверхности, катодная часть процесса может происходить практически где угодно. Поскольку оксиды металлов обычно являются полупроводниками, большинство оксидных покрытий не препятствуют потоку электронов к поверхности, поэтому почти любая область, которая подвергается воздействию \(\ce{O2}\) или какого-либо другого акцептора электронов, может действовать как катод. Тенденция мест, лишенных кислорода, к анодированию является причиной многих широко наблюдаемых моделей коррозии.

Ржавые автомобили и пятна в ванных комнатах

Любой, кто владел старым автомобилем, видел коррозию на стыках между частями кузова и под лакокрасочным покрытием. Вы также заметите, что как только начинается коррозия, она имеет тенденцию питаться сама собой. Одна из причин этого заключается в том, что одним из продуктов реакции восстановления O ₂ является гидроксид-ион. Высокий уровень pH, создаваемый в этих катодных областях, имеет тенденцию разрушать защитную оксидную пленку и может даже смягчить или ослабить пленки краски, так что эти участки могут стать анодными. Большее поступление электронов способствует более интенсивному катодному действию, что порождает еще больше анодных участков и т.д.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Ржавая машина. Сильно проржавевшие половицы автомобиля Chrysler New Yorker 1990 года выпуска. Автомобиль был поврежден до такой степени, что управлять им стало небезопасно. Под ржавым участком между двумя отверстиями находились две тормозные магистрали (общественное достояние; Bige1977 через Википедию).

Очень распространенной причиной коррозии является контакт двух разнородных металлов, что может произойти вблизи крепежных деталей или сварных швов. В месте соединения собирается влага, действующая как электролит и образующая ячейку, в которой два металла служат электродами. Влага и токопроводящие соли на внешних поверхностях образуют внешний токопроводящий путь, эффективно замыкая элемент накоротко и вызывая очень быструю коррозию; Вот почему автомобили так быстро ржавеют в тех местах, где дороги посыпают солью, чтобы растопить лед. 9{3+}}\) соли, выпадающие в осадок в виде зеленоватых пятен.

Контроль коррозии

Поскольку для возникновения коррозии должны иметь место как катодная, так и анодная стадии, предотвращение любой из них остановит коррозию. Наиболее очевидная стратегия — остановить оба процесса, покрыв объект краской или другим защитным покрытием. Даже если это будет сделано, вероятно, будут места, где покрытие сломано или не проникает, особенно если есть отверстия или резьба. Более сложный подход состоит в том, чтобы нанести на металл небольшой отрицательный заряд, что затруднит протекание реакции: 9{-}}. \]

Метод защиты 1: расходуемые покрытия

Одним из способов создания этого отрицательного заряда является нанесение покрытия из более активного металла. Таким образом, очень распространенным способом защиты стали от коррозии является покрытие ее тонким слоем цинка; этот процесс известен как цинкование. Цинковое покрытие, будучи менее благородным, чем железо, склонно к избирательной коррозии. Растворение этого жертвенного покрытия оставляет после себя электроны, которые концентрируются в железе, делая его катодным и, таким образом, препятствуя его растворению.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Жертвенные покрытия (CC BY 3.0 Unported; Стивен Лоуэр)

Эффект покрытия железа менее активным металлом дает интересный контраст. Хорошим примером является обычная луженая банка (справа). Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, все в порядке, но воздействие влажной атмосферы даже на крошечную часть нижележащего железа вызывает коррозию. Электроны, выпущенные из железа, перетекают в олово, делая железо более анодным, так что теперь олово активно способствует коррозии железа! Вы, наверное, замечали, как быстро разлагаются жестяные банки, оставленные на открытом воздухе.

Метод защиты 2: катодная защита

Более сложная стратегия заключается в поддержании постоянного отрицательного электрического заряда на металле, чтобы предотвратить его растворение в виде положительных ионов. Поскольку вся поверхность принудительно переходит в катодное состояние, этот метод известен как катодная защита . Источником электронов может быть внешний источник питания постоянного тока (обычно используемый для защиты нефтепроводов и других заглубленных конструкций), или это может быть коррозия другого, более активного металла, такого как кусок цинка или алюминия, зарытый в землю поблизости. , как показано на иллюстрации заглубленного резервуара для хранения пропана ниже.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Катодная защита (CC BY 3.0, непортированная; Стивен Лоуэр)

---

Эта страница под названием 16.8: Электрохимическая коррозия распространяется под лицензией CC BY 3.0 и была создана, изменена и/или курирована Стивеном Лоуэром с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Стивен Лоуэр

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   3,0

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   1. катодная защита
   2. коррозия
   3. коррозионная стойкость
   4. ржавчина
   5. Жертвенные покрытия
   6. источник@http://www. chem1.com/acad/webtext/virtualtextbook.html

Гальваническая коррозия – SSINA

Когда два разных металла соединены вместе в атмосфере или воде , вероятность развития гальванической коррозии можно предсказать с помощью «гальванического ряда».

Фото: Boba Jovanovic на Unsplash

Определение

Когда два разных металла или сплава погружаются в коррозионный раствор или постоянно контактируют с влагой, у каждого из них возникает коррозионный потенциал. При наличии условий для гальванической коррозии более благородный металл станет катодом, а более активный металл станет анодом. Измеряемый ток может протекать между анодом и катодом. Если это произойдет, скорость коррозии анода в рабочей среде увеличится, а скорость коррозии катода уменьшится. Повышенная коррозия анода называется «гальванической коррозией».

Гальваническая коррозия иногда используется для продления срока службы материалов (например, цинковые покрытия на углеродистой стали и цинковые аноды в водонагревателях), но, если ее не учитывать и существуют правильные условия, она может привести к неожиданным отказам.

Требования к гальванической коррозии:
Для возникновения гальванической коррозии необходимы три элемента.

1. Два металла с разным коррозионным потенциалом
2. Прямой электрический контакт металл-металл
3. Проводящий раствор электролита (например, вода) должен регулярно соединять два металла. Раствор электролита создает «проводящую дорожку». Это может произойти при регулярном погружении в воду, конденсации, дожде, воздействии тумана или других источников влаги, которые увлажняют и соединяют два металла.

При отсутствии любого из этих элементов гальваническая коррозия невозможна. Если, например, не допустить прямого контакта между двумя металлами (пластмассовая шайба, пленка краски и т. д.) или если на токопроводящем пути имеется какое-либо другое прерывание, гальваническая коррозия невозможна, и каждый металл будет коррозировать со своей нормальной скоростью в эта сервисная среда. На рис. 1 показаны примеры условий, не отвечающих всем требованиям гальванической коррозии.

Рисунок 1

Рисунок 1: Примеры биметаллических комбинаций, когда гальваническая коррозия невозможна

Примеры биметаллических комбинаций, когда гальваническая коррозия невозможна

Коррозию можно предсказать с помощью «гальванического ряда». В специализированных приложениях, например, когда разнородные металлы заделаны в бетон, следует использовать данные о коррозии для этой конкретной среды.

Рисунок 2

На рисунке 2 показан ряд гальванических измерений, измеренных в морской воде для некоторых распространенных металлов и сплавов. Когда два металла находятся дальше друг от друга в списке (например, большая разница между двумя числами), увеличивается движущая сила гальванической коррозии.