Коррозия и защита металлов

Пример 1. Возможна ли коррозия сплава, состоящего из мелкодисперсных кристаллов висмута и свинца: а) в аэрируемой воде; б) в изолированном от воздуха сосуде с водой? Для среды, в которой коррозия возможна, составьте схему микрогальванических элементов, возникающих в процессе коррозии. Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии.

Решение. Как любой окислительно-восстановительный процесс, коррозия возможна, если потенциал окислителя больше потенциала восстановителя (E_окисл > E_восст). Отсюда следует, что в первую очередь будет окисляться, т.е. корродировать, металл, имеющий меньший электродный потенциал. Таким металлом в данном примере является свинец ( = –0,13 В < = +0,22 В). Окислителем будут те ионы или молекулы в окружающей среде, которые имеют больший потенциал.

а) В аэрируемой воде из двух возможных окислителей – иона водорода воды H⁺ и растворенного в воде кислорода O₂ – более сильным окислителем является кислород, так как его потенциал больше (в нейтральной среде = +0,81 В > = –0,41 В). Коррозия возможна, так как E_окисл = +0,81 В > E_восст = –0,13 В.

Схема гальванического элемента: Pb | O₂; H₂O | Bi. Анодом является свинец, катодом – висмут. Протекают процессы:

Анод Pb – 2 = Pb²⁺ │ 2

Катод O₂ + 4 + 2H₂O = 4OH^– │ 1

2Pb + O₂ + 2H₂O = 2Pb(OH)₂ ↓

Продуктом коррозии является труднорастворимый гидроксид свинца Pb(OH)₂.

б) В отсутствие кислорода единственным окислителем могли бы быть ионы водорода из воды. Но поскольку E_окисл = –0,41 В < E_восст = –0,13 В, коррозия невозможна.

Пример 2. Какие процессы будут протекать при коррозии бериллия и меди, находящихся в контакте? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в следующих средах: а) во влажном воздухе; б) в растворе гидроксида натрия; в) в растворе хлороводородной кислоты.

Решение. Из контактирующих металлов более активным восстановителем является бериллий, так как = –1,85 В < = +0,34 В, поэтому, в первую очередь, корродирует бериллий.

а) Во влажном воздухе окислителем является кислород. Коррозия возможна, так как его потенциал значительно больше потенциала бериллия. Бериллий будет являться анодом и окисляться, а медь – катодом, где будет восстанавливаться кислород:

Анод Be – 2 = Be²⁺ │ 2

Катод O₂ + 4 + 2H₂O = 4OH^– │ 1

2Be + O₂ + 2H₂O = 2Be(OH)₂ ↓

Продуктом коррозии является труднорастворимый гидроксид бериллия.

б) Поскольку гидроксид бериллия амфотерен, в щелочном растворе процесс анодного окисления бериллия заканчивается образованием гидроксокомплекса:

Анод Be – 2 + 4OH^– = [Be(OH)₄]^2–

Несмотря на то, что потенциал кислорода больше, чем иона водорода воды, доступ кислорода к поверхности катода (медь) ограничен из-за малой его растворимости и медленной диффузии. Поэтому в щелочном растворе (pH 14) при условии = –0,82 В >> = –1,85 В, окислителем является ион водорода воды

Катод 2H₂O + 2 = H₂ + 2OH^–

Результирующее уравнение процесса коррозии получим, суммируя уравнения анодного и катодного процессов:

Be + 2H₂O + 2OH^– = [Be(OH)₄]^2– + H₂

или

Be + 2H₂O + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄] + H₂

в) По тем же кинетическим причинам, что и в предыдущем случае, окислителем является ион водорода H⁺. Уравнения процессов:

Анод Be – 2 = Be²⁺

Катод H₂ + 2 = H₂

Be + 2H₂ = Be²⁺ + H₂

или

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂