Методы защиты металлов от коррозии

· Защитные покрытия. Неметаллические: нанесение лаков, красок, эмалей, фосфатирование, оксидирование и т.д. Металлические: их делят на анодные (металл покрытия более активный, чем защищаемый) и катодные (металл покрытия менее активный, чем защищаемый). Например, если поверхность стальной детали покрыта в одном случае слоем цинка, а в другом - слоем никеля, и оба металла находятся в кислой среде, то цинковое покрытие - анодное , а никелевое покрытие - катодное .

· Электрохимическая защита. Сущность метода заключается, как правило, в подаче на защищаемый металл избыточного количества электронов. Два способа реализации этого метода - протекторная и катодная защита. При протекторной защите источником электронов является протектор (более активный металл). Например, стальной корабельный корпус соединяют с протектором (цинковой болванкой): цинк разрушается, отдавая электроны на корпус корабля и защищая его от коррозии. При катодной защите электроны на защищаемую конструкцию подают, путем присоединия её к отрицательному электроду (катоду) внешнего источника постоянного тока. Положительный электрод присоединяют к ненужной стальной детали, которая и корродирует.

· Обработка коррозионной среды. Проводится для снижения коррозионной активности среды: нейтрализация, кипячение, дегазация жидкостей, осушение газов, добавление ингибиторов (замедлителей коррозии) и т.д.

ЭЛЕКТРОЛИЗ

 

Электролиз - сложная совокупность процессов (в основном окислительно-восстановительных), происходящих при прохождении через раствор или расплав электролита электрического тока. При электролизе электрическая энергия расходуется на проведение химических реакций, т.е. это процесс, обратный происходящему в гальваническом элементе.

Электролиз проводят в специальных устройствах - электролизёрах. Простейший электролизёр состоит из ёмкости, в которую помещают электролит, и двух электродов.

· Катод электролизёра подключён к отрицательному полюсу внешнего источника тока, на нём происходит восстановление.

· Анод электролизёра подключён к положительному полюсу источника тока, на нём происходит окисление.

Электроды могут быть активные (расходуемые) и инертные (нерасходуемые). В качестве инертных электродов обычно используют графит и платину.

Катодные процессы. Участниками катодного процесса могут быть:

· катионы металлов

;

· катионы водорода (свободные или в составе молекул воды)

(в кислой среде);

(в нейтральной и щелочной средах).

В первую очередь восстанавливаются более сильные окислители, т.е. проходит полуреакция с более положительным потенциалом. При наличии тока в цепи потенциалы смещаются от их равновесных значений. Это называется явлением перенапряжения. Для катионов металлов перенапряжение невелико, и можно воспользоваться значениями стандартных электродных потенциалов. Потенциал восстановления катионов водорода из воды с учетом перенапряжения

Анодные процессы. Участниками анодного процесса могут быть:

· материал анода ;

· молекулы воды ;

· анионы солей, например , и т.д.

Анионы, включающие элементы в высшей степени окисления, на аноде не окисляются (SO₄^2—, NO₃^—, CO₃^2—, PO₄^3— и другие).

В первую очередь окисляются более сильные восстановители, т.е. проходит полуреакция с меньшим потенциалом. Для анионов можно воспользоваться значениями стандартных электродных потенциалов. Потенциал выделения кислорода из воды с учетом перенапряжения

Пример 1. Рассмотреть схему электролиза водного раствора Na₂SO₄ с инертными электродами. В растворе соль диссоциирует на ионы: Na₂SO₄ = 2 Na⁺ + SO₄^2—

При подаче на электроды напряжения происходит направленное перемещение частиц: положительно заряженных ионов Na⁺ к отрицательному катоду, а отрицательно заряженных ионов SO₄^2- - к положительному аноду.

 

 

ē ē

(-) катод анод (+)

H₂O H₂O H₂O H₂O

Na⁺

SO₄^2—®

 

Схема электролиза:

К (-) А (+)

 

Na⁺, H OH SO₄^2—, H OH

Сульфат-ионы не разряжаются,

, происходит окисление воды:

> , .

т.е. происходит восстановление воды: В прианодном пространстве скаплива-

. ются ионы H⁺, среда становится кислой.

В прикатодном пространстве скапли-

ваются ионы ОН^—, среда становится

щелочной.

Пример 2. Рассмотреть схему электролиза водного раствора NiCl₂ с инертными электродами и с электродами из никеля.

· Инертные электроды. NiCl₂ = Ni²⁺ + 2Cl^—

К (-) А (+)

 

Ni²⁺, H OH Cl^—, H OH

> , происходит < ,

восстановление ионов никеля: происходит окисление ионов Cl^—:

· Электроды из никеля. К (-) А (+) Ni

 

Ni²⁺, H OH Cl^-, H OH, Ni

,

, ,

< и

происходит окисление (растворение)

анода: .

Количественные соотношения при электролизе определяются в соответствии с законом Фарадея:

· масса веществ, образующихся или растворяющихся при электролизе, пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит.

При проведении расчётов используют формулу

,

где - масса вещества, г;

- сила тока, А;

- время, с;

- число электронов, участвующих в электродном процессе;

- постоянная Фарадея (96500 Кл/моль).

Для определения объема газообразных продуктов, выделяющихся при нормальных условиях, необходимо подставлять вместо молярной массы (М) молярный объем газа при нормальных условиях (V=22,4 л/моль).

Пример 3. Рассчитать массу никеля и объём хлора, выделившихся при электролизе раствора хлорида никеля с инертными электродами (см. пример 2) за 1 час при силе тока 2 А.

Решение

; .

 

 

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

В качестве изоляционных и конструкционных материалов используются синтетические и природные полимерные материалы в составе различных композиций.

Полимеры – высокомолекулярные вещества, состоящие из повторяющихся звеньев, соединенных друг с другом химическими связями. Обычно полимеры образуются соединением большого числа низкомолекулярных веществ – мономеров:

n CH₂ = CH_{2 полимеризация} (-CH₂ - CH₂-)_n, где n – степень полимеризации.

^{мономер – этилен полимер - полиэтилен}

Полимеры – не индивидуальные вещества, а смесь больших молекул различной длины. Раньше полимеры называли «смолами», в настоящее время смолами называют только те, у которых состав и строение сильно варьируются, или те, которые до переработки в изделия находятся в смолообразном состоянии.

Классификация полимеров

Существуют различные виды классификации, они, как правило, основываются на различных признаках и свойствах полимеров.

1. По происхождению (источнику получения).

· Природные (естественные) – крахмал, целлюлоза, клетчатка, натуральный каучук, шелк, шеллачная смола, белки и т.п.

· Искусственные (модифицированные) – получают химической обработкой природных полимеров: целлулоид, нитро-, ацетилцеллюлоза (вискозный шелк) и т.п.

· Синтетические (их больше всего) – синтезируют из сырья, получаемого при переработке нефти, газа, угля: полиэтилен, поливинилхлорид и т.п.

2. По отношению к нагреванию.

· Термопластичные (на их основе изготавливают термопласты) – обратимо изменяют механические свойства при многократном изменении температуры: при нагревании размягчаются, при охлаждении затвердевают. Как правило, эти полимеры достаточно гибкие, не очень устойчивы к органическим растворителям. Свыше 80% выпускаемых полимеров термопластичные.

· Термореактивные (на их основе изготавливают реактопласты) – при нагревании необратимо изменяют свои свойства: размягчаются и, в результате химической реакции, твердеют. Повторный нагрев приводит только к деструкции (разрушению) полимера. Реактопласты более жесткие, устойчивые к растворителям, чем термопластичные.

· Эластомеры (каучуки) – в широком интервале температур находятся в высокоэластичном состоянии. Их используют для изготовления резин.

· Термопластичные эластомеры – сочетают свойства термопластов и эластомеров. Объем производства их довольно быстро возрастает.