Окислением называется процесс потери электронов с внешней оболочки и соединение металлов с электроно-отрицательными элементами.

МеО

Ме – 2е = Ме²⁺

О + 2е = О^{2 –}

Окислителями также являются сера, фосфор, азот, водород.

Окисление является безусловно вредным процессом. Окислы металлов находятся в сварном шве в виде неметаллических включений, присутствие которых ухудщает механические свойства.

При изучении процессов окисления оценивается химическое средство металлов к окислителям. Например, данные о сродстве металла к кислороду необходимы для оценки воздействия газовой фазы на металл и определение элементов-раскислителей. Сродство металлов к углероду позволяет судить о процессах карбидообразования при сварке.

Для выявления индивидуальных свойств веществ при сравнительной оценке их химического сродства к окислителям исходное состояние системы должно быть стандартным. Стандартному состоянию соответствует:

1. Участники реакции соединения должны быть свободными веществами;

2. Парциальные давления газов – 1 атм.

3. Вещество, относительно которого определяется сродство, берется в количестве 1 моля, если это газ, то он должен быть молекулярным.

Химическое средство, определенное при стандартном состоянии, называется стандартным.

Пример записи реакций для оценки стандартного химического состава:

4/3Al + O₂ = 2/3Al₂O₃; 2Fe + S₂ = 2FeS;

T_i + H₂ = T_iH₂; 6Fe + S₂ = 2FeS;

Мерой химического сродства служит изменение изобарного потенциала реакции соединения

DG⁰ = DH⁰ – TDS₀

Чем больше DG⁰, тем больше средство.

В справочной литературе приводятся графические зависимости стандартного химического сродства.

Из графика следует, что с ростом температуры, сродство к кислороду и другим окислителям уменьшается у металлов и увеличивается у углерода.

Каждый металл, у которого DG⁰ меньше, является восстановителем для металлов, находящихся в окислах (нитридах, сульфидах), у которых степень химического сродства меньше. Углерод при высоких температурах может служить восстановителем из окислов почти любого металла.

 

Т,0К

- 250

- 500 2Fe + O2 = 2FeO
2Mn + O2 = 2MnO - 750 2C + O2 = 2CO
- 1000 4/3Al + O2 = 2/3Al2O3
- 1250

Стандартное химическое сродство веществ может оцениваться по знанию упругости диссоциации их химического соединения. Этот способ применим, если соединение разлагается с образованием только одного газообразного вещества 2/3Al₂O₃ = 4/3Al + O₃.

В этом случае константа равновесия

К = Р_дис

ln P_дис = –

В этом случае химическое сродство тем больше, чем меньше упругость диссоциации соединения.

Химическое сродство в нестандартных состояниях можно выразить через стандартное химическое сродство с помощью уравнения изобары

ΔG = ΔG_Т⁰ – RTln П

Для реакций взаимодействия газов с веществом П = р

ΔG = ΔG_п⁰ – RT ln p

Если фактическое давления газа меньшем 1, то ΔG > ΔG₀ т.е. сродство к газу-окислителю меньше.