Коррозия металлов

Коррозия – это процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.
Коррозия металлов наносит большой экономический ущерб. В результате взаимодействия металлов с окружающей средой выходит из строя оборудование, машины, механизмы, разрушаются металлические конструкции. В большей степени подвергается коррозии аппаратура химической промышленности в результате контакта с агрессивными веществами.
Коррозионное разрушение может носить как сплошной, так и локальный характер.
Коррозия подразделяется на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Х. к. происходит при контакте металлов с растворами неэлектролитов или газами при высокой температуре. В данном случае наиболее опасными окислителями являются: O₂, пары воды, CO₂, SO₂
Коррозионное разрушение при взаимодействии с O₂ происходит по следующей схеме:

4Fe⁰ + 3O₂ -> 2Fe₂O₃

При повышении температуры скорость газовой коррозии возрастает.

Электрохимическая коррозия

Э.к. происходит при контакте металлов с растворами электролитов. На практике э.к. протекает при погружении металлических изделий в водные растворы, морскую воду, в почву, при конденсации влаги из атмосферы. При э.к. на металлах протекают одновременно два процесса:

• окисление металла
  М – nē -> Мⁿ⁺
• восстановление окислителей

Ок + nē -> В.ф.

В результате окисления металла происходит его растворение.

Как правило в водных р-рах в качестве ок. выступают ионы водорода или растворённый в воде кислород.

Рассмотрим в качестве примера э.к. железа:

• с водородом
  2H⁺ + 2ē -> H₂
• с кислородом
  O₂ + 2H₂O+ 4ē -> 4OH^—

• в кислой среде
  Fe⁰ — 2ē -> Fe²⁺
  2H⁺ + 2ē -> H₂⁰.
  ––––––––––––––––––––––––
  Fe⁰+ 2H+ -> Fe²⁺ + H₂⁰
• в нейтральной и щелочной среде

Fe⁰ — 2ē -> Fe²⁺
O₂ + 2H₂O+ 4ē -> 4OH^—
––––––––––––––––––––––––
2Fe⁰+ O₂ + 2H₂O -> 2Fe(OH)₂

Образующийся гидроксид железа(II) легко окисляется воздухом

4Fe(OH)₂+ O₂ + 2H₂O -> 4Fe(OH)₃

Продукт коррозии бурая ржавчина представляет сложную смесь двух вышеперечисленных гидроксидов.
Металлы с положительным электродным потенциалом подвергаются коррозии только с участием кислорода во всех средах.
Cu⁰ — 2ē -> Cu²⁺
O₂ + 2H₂O + 4ē -> 4OH^—
––––––––––––––––––––––––
2Cu0+ O₂ + 2H₂O -> 2Cu(OH)₂

Защита металлов от коррозии

Для предупреждения коррозии используют комплекс мер: нанесение металлических и неметаллических покрытий, легирование, химические и элетрохимические методы.

1. Нанесение металлических покрытий
   В целях защиты используют покрытия слоем металлов: Zn, Ni, Cr, Pb, Sn, Cu, Cd и др.
   Данные покрытия обладают достаточно высокой прочностью и обеспечивают электрохимическую защиту.

2. Нанесение неметаллических покрытий
Эффективную защиту обеспечивают различные лакокрасочные покрытия. Используют: лаки, краски, полимеры. Эти покрытия отличаются хорошей водостойкостью и обеспечивают мех. защиту мет. от к.

3. Легирование металлов
Увеличивают к. защиту использованием сплавов с различными легирующими добавками: Ni, Cr, Мо(для Fe), Be, Al (для Cu), Ni, Cr (для Al)

4. Электрохимические методы защиты
а) протекторная защита
К металлам подвергающимся коррозии присоединяют протекторы – более активные металлы( т.е. металлы с более отрицательным электродным потенциалом) При этом два металла образуют гальваническую пару, где основной металл защищается электронами выделяющимися при окислении металла — протектора.

б) катодная защита
Защищаемую поверхность соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, т.е. она служит катодом. Положительный полюс присоединят к другому вспомогательному металлу, который помещают в ту же среду. Поверхность металла будет защищена электронами от источника постоянного тока.
Применяется от морской и почвенной коррозии.

5. Химические методы защиты
Для данного способа защиты используют ингибиторы коррозии – вещества, снижающие скорость коррозии. В качестве ингибиторов используют широкий спектр неорг., орг. веществ и смесей.

Задачи:

1. Если пластинку из чистого цинка опустить в разбавленную кислоту, то начавшееся выделение водорода вскоре почти прекращается. Однако при прикосновении к цинку медной палочкой на последней начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнения протекающей химической реакции.
2. В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример протекторной защиты железа в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
3. Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие — анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
4. Какой металл целесообразней выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, магний или хром? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Каков состав продуктов коррозии?
5. Цинковую и железную пластинки опустили в раствор сульфата меди. Составьте электронные и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих на каждой из этих пластинок. Какие процессы будут проходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?