Что собой представляет химическая коррозия приведите примеры

Что собой представляет химическая коррозия приведите примеры

УПС, страница пропала с радаров.

*размещая тексты в комментариях ниже, вы автоматически соглашаетесь с пользовательским соглашением

Вам может понравиться Все решебники

Мерзляк, Полонский, Якир

Боголюбов, Лазебникова

Юлия Ваулина, Джунни Дули

Рабочая тетрадь

Мерзляк, Полонская, Якир

Греков 10-11 класс

Греков, Крючков, Чешко

Баранова, Дули, Копылова

©Reshak.ru — сборник решебников для учеников старших и средних классов. Здесь можно найти решебники, ГДЗ, переводы текстов по школьной программе. Практически весь материал, собранный на сайте — авторский с подробными пояснениями профильными специалистами. Вы сможете скачать гдз, решебники, улучшить школьные оценки, повысить знания, получить намного больше свободного времени.

Главная задача сайта: помогать школьникам и родителям в решении домашнего задания. Кроме того, весь материал совершенствуется, добавляются новые сборники решений.

6. Коррозия металлов

Почти все металлы и сплавы постепенно разрушаются под воздействием факторов окружающей среды. При взаимодействии металлов с веществами воздуха и атмосферными осадками на их поверхности образуется плёнка, состоящая из оксидов, сульфидов, карбонатов и других соединений.

Свойства образовавшихся на поверхности металла веществ отличаются от свойств самого металла. Так, на железе образуется ржавчина — рыхлая коричнево-красная масса. Коррозию железа обычно называют ржавлением.

Коррозия — это процесс самопроизвольного разрушения металлов и их сплавов под влиянием внешней среды (от лат. corrosio — «разъедание»).

Рис. \(1\). Коррозия изделий из сплавов железа.
Бурый налёт — ржавчина — состоит из гидроксида и оксида железа(\(III\))

Предметы из меди и её сплавов (предметы искусства, памятники, крыши зданий) со временем подвергаются коррозии. Патина — налёт зелёного цвета — состоит в основном из гидроксокарбоната меди(\(II\))

Рис. \(2\). Патина

Из-за коррозии поверхность металлических изделий покрывается налётом из продуктов окисления и теряет блеск. Изменяется электропроводность металла, уменьшается его пластичность и прочность.

Из-за коррозии народное хозяйство терпит убытки:

• приходится постоянно восполнять потери из-за ржавления нефтепроводов, газопроводов, водопроводов, сельскохозяйственной техники, автомобилей, кораблей, мостов, станков;
• металлические конструкции теряют прочность;
• простаивает производство из-за необходимости замены разрушенного коррозией оборудования;
• при разрушении нефте- и газопроводов теряется часть сырья;
• при утечке нефтепродуктов и других веществ загрязняется окружающая среда;
• загрязняется продукция, а следовательно, ухудшается её качество.

Способы защиты от коррозии
1. Нанесение защитных покрытий.

• Металлическое изделие покрывают другими металлами (никелирование, хромирование, цинкование, лужение — покрытие оловом).

Рис. \(3\). Никелированная ручка	Рис. \(4\). Хромированный кран	Рис. \(5\). Консервные банки из лужёной жести

• Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, маслами, полимерами.

Рис. \(6\). Нанесение защитного покрытия на поверхность металла	Рис. \(7\). Эмалированная стальная кастрюля	Рис. \(8\). Металлочерепица из жести, покрытой полимером

2. Применение сплавов, стойких к коррозии.

Детали машин, аппаратов, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали, содержащей специальные легирующие (замедляющие коррозию) добавки: хром, никель и другие металлы.

Рис. \(9\). Изделия из нержавеющей стали
3. Защита с помощью протектора.

К металлу прикрепляют кусок более активного металла. Под действием среды происходит его разрушение, а защищаемый металл сохраняется. Так защищают от коррозии трубопроводы, корпуса кораблей. В качестве протектора применяют такие металлы, как цинк, магний.

4. Изменение состава среды.

Для предотвращения потерь из-за коррозии особым образом обрабатывают электролит или среду, в которой находится металл. Используют также ингибиторы — вещества, которые замедляют процесс коррозии.

Например, при подготовке воды, поступающей в котельные установки, проводят удаление растворённого в воде кислорода (деаэрацию).

1. Коррозия металлов и её виды

Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа и его сплавов (стали и чугуна), поверхность которых постепенно покрывается ржавчиной .

Рис. \(1\). Ржавчина
Процесс ржавления железа во влажном воздухе или в воде можно выразить уравнением:
4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Fe ( OH ) 3 .
Состав ржавчины переменный, часто его записывают так: Fe 2 O 3 ⋅ nH 2 O .

Другим примером коррозии может служить образование патины (зелёного налёта) на поверхности предметов, изготовленных из меди или её сплавов (бронзы, латуни и др.).

Рис. \(2\). Патина
Медь реагирует с водой, кислородом и углекислым газом. При этом образуется основной карбонат:
2 Cu + CO 2 + O 2 + H 2 O = ( CuOH ) 2 CO 3 .

У металлов разная устойчивость к действию окружающей среды. Наиболее подвержены коррозии щелочные и щёлочноземельные металлы (натрий, калий, кальций и т. д.). На воздухе эти металлы очень быстро превращаются в соединения, поэтому хранятся под слоем керосина. Практически не подвергаются коррозии платина и золото.

Скорость коррозии зависит от состава металла или сплава, от состава среды и от температуры. Повышение температуры ускоряет коррозию так же, как и все химические реакции.

Коррозия ускоряется, если металл неоднородный или соприкасается с менее активным металлом. Коррозия замедляется, если металл содержит легирующие добавки и контактирует с более активным металлом. Замедляет коррозию также введение в среду ингибиторов.

Коррозия может происходить при контакте металла с сухими газами (кислородом, галогенами, сернистым газом, углекислым газом) или растворами неэлектролитов. Такую коррозию называют химической . Коррозию могут вызывать также растворы электролитов. В этом случае говорят об электрохимической коррозии.

Химическая коррозия

При химической коррозии поверхность металла контактирует с молекулами вещества-окислителя и происходит окислительно-восстановительная реакция.

Наиболее распространена химическая коррозия с участием кислорода воздуха, приводящая к образованию оксидов:

xMe + 0,5 y O 2 → Me x O y .

При контакте металла с воздухом его поверхность покрывается слоем оксида. В некоторых случаях происходит пассивация металла — образуется сплошная оксидная плёнка, которая выполняет защитную функцию. Сквозь неё молекулы кислорода больше не проникают к поверхности металла, и дальнейшее окисление не может происходить. Такие плёнки возникают на поверхности алюминия, никеля, цинка, хрома, титана и других металлов. Эти металлы устойчивы к коррозии.

Рис. \(3\). Пассивация поверхности хрома

С другими металлами дела обстоят иначе. Их оксидная плёнка рыхлая, и она не защищает поверхность от дальнейшего разрушения. Например, если кусок кальция оставить на воздухе, то его поверхность быстро покрывается белым налётом продуктов коррозии.

Химическая коррозия происходит в химических реакторах, в трубопроводах, двигателях внутреннего сгорания, при термической обработке металлов, т. е. там, где металл соприкасается с агрессивными веществами. Примеры химической коррозии:

Химическая коррозия

Химическая коррозия – самопроизвольное разрушение металла или сплава в окислительных средах, которые не проводят электрический ток.

К ней относятся:

а) высокотемпературная коррозия в атмосфере сухих газов, т.е. при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла или сплава (сухой воздух, хлор, сероводород и т.д.);

б) коррозия в жидких неэлектропроводных средах. К ним относятся жидкости органического происхождения (бензин, керосин, сернистая нефть и т.д.), а также ряд жидкостей неорганического происхождения ( расплавленная сера, жидкий бром и др.).

Сущность химической коррозии сводится к окислительно-восстановительной реакции, которая протекает между металлом или сплавом и окислителем.

При окислении металла или сплава образуется пленка продукта коррозии, которая может проявлять различные свойства, т.е. защищать поверхность от дальнейшего окисления или не защищать. Чтобы пленка продукта коррозии обладала защитными свойствами, она должна удовлетворять следующим требованиям:

1. быть сплошной, непористой;
2. иметь хорошее сцепление с металлом;
3. быть химически инертной по отношению к данной агрессивной среде;
4. обладать твердостью и износостойкостью.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – самопроизвольное разрушение металла или сплава в среде электролита: — в растворах электролитов (растворы щелочей, кислот и солей; морская вода); — в атмосфере любого влажного газа; — в почве. Металлы и сплавы неоднородны. При соприкосновении их с электролитами, участки с более низким значением потенциала играют роль анода, а другие, с более высоким значением потенциала – роль катода. Таким образом, на поверхности металла или сплава возникает множество микрогальванических пар, и, чем их больше, тем больше скорость разрушения поверхности металла или сплава в электролите. При электрохимической коррозии протекают раздельно два процесса: окисление на анодных участках и восстановление на катодных участках, при этом образуется коррозионный элемент: nē Ме₁ / Д / Ме₂ nē где Д – деполяризатор. Схематично процесс электрохимической коррозии можно описать следующими электродными процессами: Анодные участки: Ме – nе = Ме n + Катодные участки: Д + nе = Д n — Катодный процесс зависит от кислотности среды (рН): а) если рН< 7 (в растворах кислот и солей, гидролизующихся по катиону), то деполяризатором являются ионы водорода Н + , и на катодных участках осуществляется водородная деполяризация, протекающая по схеме: 2Н + + 2е = Н₂. б) если рН ≥ 7 (в нейтральных и щелочных средах), то деполяризатором являются молекулы кислорода, растворенные в электролите, и на катодных участках осуществляется кислородная деполяризация, протекающая по схеме: О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН — . Возможны различные случаи возникновения коррозионных гальванических пар: 1. Контакт с электролитом двух разных металлов ПРИМЕР 3: Рассмотрите химические процессы, протекающие при контакте цинковой и свинцовой пластин, погруженных в раствор хлорида аммония. Ответ: В данном случае мы имеем дело с контактной электрохимической коррозией. Е 0 (Zn/Zn 2+ ) = -0,76B, a E 0 (Pb/Pb 2+ ) = -0,13 B. Следовательно, цинк, характеризующийся более низким значением электродного потенциала, будет проявлять свойства анода, а свинец с большим значением электродного потенциала – свойства катода. В водном растворе хлорид аммония подвергается процессу гидролиза по катиону слабого основания : NH₄Cl = NH₄ + + Cl — NH₄Cl + H₂O ↔ NH₄OH + HCl NH₄ + + HOH ↔ NH₄OH + H + В результате гидролиза среда раствора становится кислой, т.к. накапливаются ионы водорода Н + (pH < 7), следовательно, деполяризатором являются ионы водорода Н + , а на катодных участках осуществляется водородная деполяризация Строение и работа коррозионного элемента описывается следующей схемой: 2ē (-) Zn / NH₄Cl + H₂O + O₂ / Pb (+) NH₄ОН + HCl 2ē Анодные участки : Zn – 2e = Zn 2+ Катодные участки: 2H + + 2e = H₂ (pH< 7) Суммарное уравнение коррозии: Zn + 2H + = Zn 2+ + H₂ Продуктом коррозии является хлорид цинка. 2. Контакт металла с его химическим соединением или с неметаллическими включениями (например, углеродистая сталь Fe₃C, где железо контактирует с углеродом); ПРИМЕР 4: Какие химические процессы протекают при разрушении углеродистой стали во влажном воздухе? Ответ: При контакте углеродистой стали (Fe₃C) с влажным воздухом происходит электрохимическая коррозия. Это связано с тем, что на поверхности стали конденсируется тонкий слой воды, насыщенной кислородом, который является электропроводящей средой (рН=7, т.е. среда — нейтральная). На кристаллах Fe и Fe₃C возникают разные потенциалы, причем, Е 0 (Fe) < Е 0 (Fe₃C), следовательно, Fe будет играть роль анодных участков, а Fe₃C — роль катодных участков. Строение и работа коррозионного элемента описывается схемой: nē (-) Fe / H₂O + O₂ / Fe₃C (+) nē Анодные участки:Fe – 2e = Fe 2+ 2 Катодные участки: O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH — 1 Суммарное уравнение реакции: 2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂ Fe(OH)₂ – белая ржавчина, промежуточный продукт коррозии железа при рН=7. Дальнейшее окисление железа протекает по следующим схемам: 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ Fe(OH)₃ → FeOOH + Н₂О FeOOH – бурая ржавчина, конечный продукт коррозии железа при рН=7. 3. Структурная неоднородность металла (например, дефекты кристаллических решеток, деформации и неровности поверхности металла). Коррозионному разрушению, обусловленному дефектами кристаллической решётки, как правило, подвергаются металлические изделия, не имеющие других структурных нарушений. При этом коррозионные элементы представляют собой микрогальванические пары. Причина их образования кроется в неоднородности кристаллической структуры поверхностного слоя металла. Как правило, дефекты кристаллической решётки в каждом кристалле перемещаются к его границам и там локализуются. При контакте с электролитом полированной поверхности металлического изделия на границах кристалла возникает более отрицательный потенциал, чем в его центре. Поэтому каждый кристалл будет представлять собой коррозионный элемент. Е (граница кристалла) < Е (центр кристалла)В результате работы таких коррозионных элементов имеет место интеркристаллитная коррозия – растворяются границы кристаллов. При контакте шероховатой поверхности металлического изделия с раствором электролита возникает множество микрогальванических пар вследствие неравномерного распределения поверхностной энергии по выступам и впадинам. Выступы на поверхности металла представляют собой более энергоёмкие зоны по сравнению с впадинами. Поэтому металл выступов имеет меньший потенциал. Е (Мe, выступ) < Е (Мe, впадина) Это приводит к образованию множества коррозионных элементов. Металл выступов выполняет функцию анода и в результате работы коррозионного элемента растворяется, выступы сглаживаются. В деформированных, например, в изогнутых изделиях, гальванические элементы возникают в результате образования разных потенциалов на их выпуклой и вогнутой сторонах. Е (выпуклая сторона) < Е (вогнутая сторона)При этом анодом служит выпуклая часть, катодом – её вогнутая часть. Продукт коррозии будет располагаться только на вогнутой (катодной) части. В одинаковых условиях скорость коррозионного процесса в случае полированной поверхности металла гораздо ниже, чем скорость коррозии шероховатой поверхности того же металла или деформированного металла. Это связано с более низким значением ЭДС микрогальванических пар. Кроме того, катодные участки полированной поверхности металла способны покрываться более сплошным слоем продукта коррозии, что затрудняет доступ к ним окислителя среды. ПРИМЕР5: Рассмотрите коррозию полированной поверхности цинка и коррозию шероховатой поверхности того же металла в растворе хлорида меди? Ответ: В водном растворе хлорид аммония подвергается процессу гидролиза. CuCl₂ = Cu 2+ + 2Cl — CuCl₂ + H₂O ↔ CuOHCl+ HCl Cu 2+ + H₂O ↔ CuOH + + H + В результате гидролиза раствор хлорида меди становится кислым, и, следовательно, в нём будет протекать водородная деполяризация. При контакте полированной поверхности цинка и шероховатой поверхности цинка с раствором электролита возникает множество коррозионных элементов. В случае полированной пластинки анодом будет граница кристалла, а катодом — его центр. В случае шероховатой пластины анод — выступы неровностей, катод – впадины неровностей. Схемы коррозии шероховатой и полированной цинковых пластинок в растворе хлорида меди: 2ē (-) Zn / СuCl₂ + H₂O + O₂ / Zn (+) выст. впад. CuOHCl + HCl 2ē 2ē (-) Zn / CuCl₂ + H₂O + O₂ / Zn (+) граница центр кристалла кристалла CuOHCl + HCl 2ē Анодные и катодные процессы, а также суммарные уравнения, для обоих случаев одинаковые. Анодный процесс: Zn — 2ē → Zn 2+ Катодный процесс: рН2↑ Cуммарное уравнение коррозии: Zn + 2H + = Zn 2+ + H₂