Катодные процессы при коррозии

№	Электрохимический процесс	Е, В	рН
	2Н2О + 2 е – = 2ОН–+ Н2	= –0,413	≈7
2	2Н++ 2 е – = Н2	= 0	0
	О2 + 2Н2О + 4 е – = 4ОН–	= 0,816	≈7
	О2 +4Н++4 е – = 2Н2О	= 1,229

 

В соответствии с этими процессами по термодинамической неустойчивости металлы делят на пять групп.

1. Металлы повышенной термодинамической нестабильности ( < –0,413 В): Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Ti, Zr, Mn,Cr, Zn, Fe. Эти металлы корродируют даже в нейтральных средах в отсутствие кислорода.

2. Металлы термодинамически нестабильные: Cd, In, Tl, Co, Ni, Mo, Pb, W (–0,413 В < < 0 В). Водой не окисляются, но корродируют в кислой среде, а также в нейтральной и кислой средах, содержащих кислород.

3. Металлы промежуточной термодинамической стабильности (0 В < < 0,816 В): Bi, Sb, Re, Tc, Cu, Ag, Rh. Устойчивы в кислых и нейтральных средах в отсутствие кислорода.

4. Металлы высокой термодинамической стабильности (0,816 В < < 1,229 В): Hg, Pd, Ir, Pt. Могут быть окислены в кислых средах при наличии кислорода.

5. Металлы полной стабильности ( >1,229 В): Au. Такие металлы не подвергаются коррозии.

Так как катодный и анодный процессы проходят на разных участках поверхности, т. е. разделены пространственно и не мешают друг другу, то электрохимическая коррозия протекает значительно быстрее, чем химическая.

Методы защиты от коррозии

Для предупреждения коррозии используется комплекс противокоррозионных мероприятий, включающий защиту металлических поверхностей различными методами.

1. Протекторная защита – кзащищаемому изделию присоединяют протекторы – более активные металлы. Защита будет действовать до тех пор, пока полностью не растворится анод – более электроотрицательный металл (рис. 10.2.1).

2. Катодная защита – защищаемое изделие соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, искусственно делают его катодом. Положительный полюс присоединяют к другому вспомогательному металлу, который помещают в ту же среду, что и защищаемое изделие.

3. Легирование. При легировании в состав сплава входят компоненты, вызывающие пассивирование металла.

4. Нанесение защитных покрытий. Неметаллические покрытия:лаки, краски, масла, полимеры, эмаль, восковые составы или кремнийорганические соединения.

Металлические покрытия:оцинковка, хромирование, лужение, никелирование, воронение, серебрение, позолота (обычно металлические пленки создают из металлов, образующих прочные оксидные пленки).

Различают анодные и катодные покрытия.

Анодные более электроотрицательны по отношению к защищаемому металлу, в электрохимическом ряду напряжений стоят левее защищаемого металла.

Катодные более электроположительны по отношению к защищаемому металлу, то есть в электрохимическом ряду напряжений металлов стоят правее защищаемого металла.

5. Удаление растворенного кислорода (применяется только в ограниченных объемах жидкости).

6. Введение ингибиторов – замедлителей коррозии. Ингибиторы создают на поверхности металлов защитную пленку либо уменьшают агрессивность среды. В качестве ингибиторов коррозии применяют многие неорганические и органические вещества и разнообразные смеси веществ.

 

Примеры решения задач

 

Пример 1.

Определите термодинамическую возможность газовой коррозии изделия из углеродистой стали, протекающей по реакции

Fe(т)+ Н₂O(г) = FeО(т) + Н₂(г),

если это изделие эксплуатируется при 700 ºС под действием водяного пара с относительным давлением p _H2O=6 и p _H2=1.

Решение. Реакция протекает при условии ∆ G <0. Поскольку p _H2=1, ∆ G для этой реакциизависит от давления окислителя –воды следующим образом:

∆ G= ∆ G ⁰ – RT ln p _H2O.

Стандартное значение энергии Гиббса при определенном значении температуры можно рассчитать по уравнению

Δ G = Δ Н – Т Δ S.

Пусть Δ Н иΔ S не зависят от температуры, тогда они могут быть определены по закону Гесса для данной реакции:

=

= (– 263,68 +0) – (0–241,84)= – 21,84 кДж,

=

= (58,79+130,6) – (27,15+188,84)= –26,61 Дж/К,

Δ G ⁰ = –21840 – 973(–26,61)= 4051,5 Дж,

∆ G= 4051,5 – 8,314 · 973 ln6= –10404,36 Дж.

Таким образом, коррозия углеродистой стали при 700 ºС возможна.

 

Пример 2

Как происходит коррозия цинка, находящегося в контакте с кадмием в нейтральном и кислом растворах? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

Решение. Стандартный потенциал цинка равен (–0,763 В), кадмия (–0,403 В). Поэтому цинк будет являться анодом, а кадмий – катодом.

Анодный процесс: Zn⁰ – 2 e ^–= Zn²⁺;

катодный процесс:

в кислой среде 2H⁺ + 2 e ^–= H₂,

в нейтральной среде O₂ + 2H₂O + 4 e ^–= 4OH^–.

Поскольку ионы двухвалентного цинка при взаимодействии с гидроксогруппой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Zn(OH)₂.