теория. Металлы высокой термодинамической стабильности Hд,Pd,Ir,Pt
 Скачать 17 Kb.
|
|
Теоретическая часть Самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой называется коррозией. Причиной самопроизвольно протекающих коррозионных процессов является избыток свободной энергии у чистых металлов относительно их соединений, т.е. термодинамическая нестабильность металлов. По степени термодинамической нестабильности все металлы можно разделить на 5 групп: Металлы повышенной термодинамической нестабильности - корродируют даже в нейтральных средах. В электрохимическом ряду активности расположены между Li и Fe. Металлы термодинамически нестабильные - устойчивы в нейтральных средах при отсутствии кислорода (Cd,In,Co,Ni,Mo,Pв,W). Металлы промежуточной термодинамической стабильности - устойчивы в кислых и нейтральных средах при отсутствии кислорода (Bi,Sв,Cu,Aд). Металлы высокой термодинамической стабильности - Hд,Pd,Ir,Pt. Металл полной стабильности - Au. Изучение механизма коррозионых процессов и разработка методов защиты от нее имеет большое практическое значение. По механизму протекания корроизных процессов коррозия делится на химическую и электрохимическую. Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток: газовая - в газах и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах; жидкостная - в растворах неэлектролитов (органические жидкости). Электрохимическая коррозия - это сопряженный анодно-катодный процесс, аналогичный процессам в гальванических элементах. Как и при работе гальванического элемента, при электрохимической коррозии происходит анодное окисление металла и катодное восстановление окислителя (деполяризатора) Причиной электрхимической коррозии металлов является неоднородность металлов по химическому и фазовому составу, наличие примесей, пленок, приводящие к образованию макро- и микрогальванических элементов. В результате окисления металла электроны, поступая с анода на катод, поляризуют его, а окислитель, связывающий эти электроны, служит деполяризатором. Если окислителем являются ионы Н+(H3O+), то такая коррозия называется коррозией с водородной деполяризацией. В наиболее простом виде она может быть выражена уравнениями: А: Ме - ne = Men+ K: 2H+ + 2e = H2 или 2H3O+ + 2e = H2 + 2H2O Если окислителем является кислород, то такая коррозия называется коррозией с кислородной деполяризацией и выражается уравнениями: А: Ме - ne = Men+ K: O2 + 2H2O + 4e = 4OH- при РН=7 или РН>7 либо O2 + 4Н+ = 2H2O при РН<7 Термодинамическая возможность протекания коррозии определяется по знаку DG, а так как энергия Гиббса реакции непосредственно связана с ЭДС гальванического элемента , то возможность коррозии может быть установлена по знаку ЭДС элемента. На скорость и характер коррозионных процессов оказывают влияние как природа металла, так и характер коррозионной Среды. Для борьбы с коррозией металла, контролируемой скоростью восстановления кислорода, следует снижать концентрацию кислорода путем введения восстановителя в раствор или снижением давления кислорода над раствором. Скорость коррозии с выделением водорода может быть замедлена снижением температуры, уменьшением концентрации Н+ , очисткой металлов от примесей, катализирующих выделение водорода (Со , Ni, Pt и др.). Иногда коррозия может контролироваться и анодными реакциями, обычно это наблюдается на металлах способных пассизироваться (Ni, Cr, Al, Ti и др.), что приводит к резкому торможению коррозии. Некоторые ионы, например, ионы Cl- , наоборот, активируют металлы, препятствуя их пассизированию. Активирующее действие ионов Cl- обьясняется их высокой адсорбируемостью на поверхности металла, разрушением оксидных пленок, а также высокой растворимостью хлоридов металла. Особенно большое влияние оказывают ионы Cl- на коррозию Fe , Cr , Al , Ni и др. Факторы, влияющие на скорость коррозии определяют и выбор методов защиты от коррозии, которые делятся на следующие группы: изменение природы металлов (легирование); изменение свойств коррозионной среды (деаэрация кислорода, изменение величины рН, введение ингибиторов и т.д.); защитные покрытия (металлические и неметаллические); электрохимическая защита (протекторная и катодная защита). Остановимся на некоторых из них. По характеру защитного действия от коррозии металлические покрытия бывают анодные (металл покрытия более активен, чем защищаемый) и катодные (металл покрытия менее активен, чем защищаемый). При нарушении целостности этих покрытий в первом случае будет разрушаться само покрытие, во втором случае корродирует защищаемый металл. Поэтому более надежными являются анодные покрытия, например, для стали покрытия Zn , Cr , Cd и др. Лужение (покрытие Sn), меднение, серебрение, никилирование защищает железо или другой более активный металл лишь при условии бездефектности этих покрытий. Протекторная защита применяется в тех случаях, когда защищаемая конструкция (подземные трубопроводы, кабели, корпус судна) находится в среде электролита (подземные почвенные воды, морская вода). Сущность ее заключается в присоединении к защищаемой конструкции протектора - более активного металла, который, выполняя роль анода в образующейся гальванической системе, разрушается. В случае катодной защиты (электрозащиты) защищаемую конструкцию подсоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника тока, а другой металл (любой по активности) - к положительному полюсу. При этом защищаемая конструкция выполняет роль катода в образующейся электролизной системе, что и предотвращает ее разрушение. |