Методы защиты металлов от коррозии

Защита металлов от коррозии:

1 группа: различного рода покрытия

2 группа: обработка среды

3 группа: электрохимические методы

1) Обработка внешней среды, в которой протекает коррозия. Сущность метода заключается либо в удалении из окружающей среды тех веществ, которые выполняют роль деполяризатора, либо в изоляции металла от деполяризатора. Например, для удаления из воды кислорода используют специальные вещества или кипячение. Удаление кислорода из коррозионной среды называется деаэрацией. Максимально замедлить процесс коррозии можно путем введения в окружающую среду специальных веществ – ингибиторов. Широкое распространение получили летучие и парофазные ингибиторы, которые защищают от атмосферной коррозии изделия из черных и цветных металлов при хранении, транспортировке и т.д. Механизм действия ингибиторов заключается в том, что их молекулы адсорбируются на поверхности металла, препятствуя протеканию электродных процессов.

2) Защитные покрытия. Для изоляции металла от окружающей среды на него наносят различного рода покрытия: лаки, краски, металлические покрытия. Наиболее распространенными являются лакокрасочные покрытия, однако их механические свойства значительно ниже, чем у металлических. Последние по характеру защитного действия можно разделить на анодные и катодные.

Анодные покрытия. Если на металл нанести покрытие из другого, более электроотрицательного металла, то в случае возникновения условий для электрохимической коррозии * разрушаться будет покрытие, т.к. оно будет выполнять роль анода. В этом случае покрытие называется анодным. Примером анодного покрытия может служить хром, нанесенный на железо. В случае нарушения целостности покрытия при контакте с влажным воздухом будет работать гальванический элемент *:

А (–) Cr | H₂O, O₂ | Fe (+) К

на аноде: Cr – 2e → Cr²⁺

на катоде: 2 H ₂ O + O ₂ + 4e → 4 OH ^–

Cr²⁺ + 2 OH^– → Cr(OH)₂

Гидроксид хрома (II) окисляется кислородом воздуха до Cr(OH)₃:

4 Cr(OH)₂ + 2H₂O + O₂ → 4 Cr(OH)₃

Таким образом, в результате электрохимической коррозии разрушается анодное покрытие.

Катодные покрытия. У катодного покрытия стандартный электродный потенциал * более положителен, чем у защищаемого металла. Пока слой покрытия изолирует металл от окружающей среды, электрохимическая коррозия не протекает. При нарушении сплошности катодного покрытия оно перестает защищать металл от коррозии. Более того, оно даже интенсифицирует коррозию основного металла, т.к. в возникающей гальванопаре анодом служит основной металл, который будет разрушаться. В качестве примера можно привести оловянное покрытие на железе (луженое железо). Рассмотрим работу гальванического элемента, возникающего в этом случае.

А (–) Fe | H₂O, O₂ | Sn (+) К

на аноде: Fe – 2e → Fe²⁺

на катоде: 2 H ₂ O + O ₂ + 4e → 4 OH ^–

Fe²⁺ + 2 OH^– → Fe(OH)₂

Разрушается защищаемый металл. Таким образом, при сравнении свойств анодных и катодных покрытий можно сделать вывод, что наиболее эффективными являются анодные покрытия. Они защищают основной металл даже в случае нарушения целостности покрытия, тогда как катодные покрытия защищают металл лишь механически.

3) Электрохимическая защита. Различают два вида электрохимической защиты: катодная и протекторная. В обоих случаях создаются условия для возникновения на защищаемом металле высокого электроотрицательного потенциала.

Протекторная защита. Защищаемое от коррозии изделие соединяют с металлическим ломом из более электроотрицательного металла (протектора). Это равносильно созданию гальванического элемента, в котором протектор является анодом и будет разрушаться. Например, для защиты подземных сооружений (трубопроводов) на некотором расстоянии от них закапывают металлолом (протектор), присоединив его к сооружению

Катодная защита (метод внешнего потенциала). Защищаемый металл подсоединяется к отрицательному полюсу источника тока, тем самым превращая его в катод

На катоде восстанавливается окислитель из окружающей среды, получая электроны не от металла, а от источника тока

Катодную защиту применяют там, где нецелообразно применять протекторную защиту

40) Электролиз расплава. Электролиз раствора соли с нерастворимым анодом. Катодные процессы. Порядок восстановления ионов из водных растворов.

Электролизом- это окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах при пропускании электрического тока через расплав или раствор электролита

.Электролиз расплава
Электролиз- оксилительно востановительный процесс, протекающий под действием электрич.тока и сопровождающийся востановлением катиона на катоде и окислением аниона на аноде
- обратный процесс гальванопары (Анод-(+)катод(-))
На К всегда идет восстановление Ме, независимо от Е⁰. Аноды делятся на инертные(пассивные) – не подвергающиеся окислению(графит, уголь) и активные- подвергающиеся окислению(сделаны из Ме)
Если в р-ре безкислородные анионы, то происходит окисление этих анионов, кроме фторида. Если кислородосодержащие окисляются не они а вода.
2H2O-4e=O2+4H(кислая или нейтральная среда)
4OH-4e=O2+2H2O(щелочная)
Электролиз раствора соли с нерастворимым анодом
Растворимые аноды- это такие электроды, которые, окисляясь в процессе электролиза, переходят в раствор в виде ионов.
Если в рассмотренном примере электролиза раствора хлорной меди СuC/2 в качестве анода взять медную пластинку, то на катоде выделяется медь, а на аноде, где происходят процессы окисления, вместо «разрядки» ионов С1» и выделения хлора протекает окисление анода(меди)
В этом случае происходит растворение самого анода, и в виде ионов Сu+2 он переходит в раствор,
Электролиз СuCb с растворимым анодом можно записать так:
Таким образом, электролиз раствора солей с растворимым анодом сводиться к окислению материала анода(его растворению) и часто сопровождается переносом металла с анода на катод
При электролизе часто применяются нерастворимые аноды, обычно изготовляемые из платины или графита.
Нерастворимый анод при электролизе не переходит в раствор в виде ионов
CuSO4=Cu(2+)+SO4(2-); H2O=H(+)+OH(-)
K(-):Cu, H(H2O) A(+):SO4, OH(H2O) E⁰(cu) = +0,34>E⁰(h20)=-0,41
Cu+2e=Cu^o
2H2O-4e=O2+OH
Катодные процессы
1) В расплаве на К всегда востановление Ме
2)Если р-р соли имеет нейтральную среду то вос-ся те Ме в которых Е⁰>-0,41. По ряду напряженности это от железа и выше – идет востановиление Ме =>от Li до Al Ме из р-ра не востанавл.
2H2O+2e=H2+2OH
3) восстановление Мn, Zn,Cr(2+),Cr(3+) происходит от С р-ра. Разбавленный- вост-ся вода, конц-вос-ся Ме.
4) Если Е⁰ Ме ниже -1,663 ок-ся и вос-ся средаЮ если выше вос-ся Ме
Порядок восстановления ионов из водных растворов.
Последовательность восстановления ионов из водных растворов на катоде зависит от величины электродного потенциала востановления катионов электролита и электродного потенциала восстановления воды(ионов водорода из воды). Электродный потенциал востнаовления воды равен (-0,41В). На катоде в первую очередь восстанавливаются ионы с более высоки значением электродного потенциала.
Последовательность окисления ионов из водных растворов на аноде зависит от величины электродного потенциала окисления анионов электролита, электродного потенциала окисления воды и также вещетсва, из которого сделан анод.
Аноды подразделяются на инертные(нерастворимые), изготовляемые из угля, кокса, графита или платины, и растворимые, изготовляеме как правило, из металла соли которого подвергаются электролизу.
На аноде в первую очередь окисляются молекулы, атомы, ионы которые имеют наименьшее значение потенциала.
На инертном аноде возможно окисление анионов электролита или окисление воды
1. Анионы бескислородных кислот /S^2-,Cl^-,Br^-,J^-/ окисляются в первую очередь, так как потенциал окисления этих анионов ниже потенциала окисления воды
2. Если же раствор содержит анионы кислородосодержащих кислот(NO3,CO3,SO4,PO4,SO3) то в первую очередь окисляются молекулы воды
3. На растворимом аноде происходит окисление вещества, из которого изготовлен анод, так как этот процесс имеет наиболее низкое значеник потенциала.

41) Электролиз с активным анодом. Анодные процессы.
Последовательность окисления ионов из водных растворов на аноде зависит от величины электродного потенциала окисления анионов электролита, электродного потенциала окисления воды и так же вещества, из которого сделан анод
Аноды подразделяются на инертные(нерастворимые), изготовляемые из угля, кокса графита или платины, и растворимые, изготовляемые, как правило, из металла, соли которого подвергаются электролизу
На аноде в первую очередь окисляются молекулы, атомы, ионы, которые имеют наименьшее значение потенциала
На инертном аноде возможно окисление анионов электролита или окисление воды.

4. Анионы бескислородных кислот (S,Cl,Br,J) окисляются в первую очередь так как потенциал окисления этих анионов ниже потенциала окисления воды
Например, из возможных процессов
2J-2e=J2 e⁰=+0,54(B)
2H2O-4e=O2+4H e⁰=+1,23(B)
В первую очередь окисляются ионы йода с выделением молекулярного J2
2J-2e=J2
2. Если же раствор содержит анионы кислородосодержащих кислот (NO3,CO3,SO4,PO4,SO3), то в первую очередь окисляются молекулы воды, так как потенциал окисления воды ниже потенциала окисления этих анионов
Например, из возможных процессов:
2H2O-4e=O2+4H e⁰=+1,23(B)
2SO4-2e=S2O8 e⁰=+2,01(B)
В первую очередь окисляются молекулы воды с выделением молекулярного кислорода
H2O-4e=O2+4H
3. На растворимом аноде происходит окисление веществ, из которого изготовлн анод, так как этот процесс имеет наиболее низкое значение потенциала
например, при электролизе водного раствора сульфата меди с медным анодом возможны процессы:
Cu-2e=Cu e⁰=+0,34
2H2O-4e=O2+4H e⁰=+1,23
2SO4-2e=S2O8 e⁰=+2,01
В первую очередь окисляется сам анод
Cu-2e=Cu(2+)

---42) S-элементы и общая характеристика, электронное строение атомов и их свойства. Распространенность в природе.

К s-элементам относят элементы IA-группы – щелочные металлы. Электронная формула валентной оболочки атомов щелочных металлов ns1. Устойчивая степень окисления равна +1. Элементы IА-группы обладают сходными свойствами из-за сходного строения электронной оболочки. При увеличении радиуса в группе Li-Fr связь валентного электрона с ядром слабеет и уменьшается энергия ионизации. Атомы щелочных элементов легко отдают свой валентный электрон, что характеризуют их как сильные восстановители.

Восстановительные свойства усиливаются с возрастанием порядкового номера.

s-блок в периодической таблице элементов — электронная оболочка, включающая в себя первые два слоя s-электронов.

s-элементы включают в себя щелочные металлы, щелочноземельные металлы, водород и гелий.

Эти элементы отличаются тем, что в невозбужденном состоянии высокоэнергетичный электрон находится на s-орбитали. Исключая водород и гелий, эти электроны очень легко переходят и формируются в позитивные ионы при химической реакции. Конфигурация гелия химически весьма стабильна, благодаря этому свойству, его объединяют с инертными газами.

S-элементы все без исключения являются сильными восстановителями и поэтому в свободном виде в природе не встречаются. Элемент в металлическом виде может быть получен только с помощью электролиза расплава соли.

Твердость s-элементов в компактном виде (при обычных условиях) может варьироваться от очень малой (все щелочные металлы — их можно разрезать ножом) до довольно высокой (бериллий).