Окислением называется процесс потери электронов с внешней оболочки и соединение металлов с электроно-отрицательными элементами.

МеО
Ме – 2е = Ме2+

О + 2е = О2 –

Окислителями также являются сера, фосфор, азот, водород.

Окисление является безусловно вредным процессом. Окислы металлов находятся в сварном шве в виде неметаллических включений, присутствие которых ухудщает механические свойства.

При изучении процессов окисления оценивается химическое средство металлов к окислителям. Например, данные о сродстве металла к кислороду необходимы для оценки воздействия газовой фазы на металл и определение элементов-раскислителей. Сродство металлов к углероду позволяет судить о процессах карбидообразования при сварке.

Для выявления индивидуальных свойств веществ при сравнительной оценке их химического сродства к окислителям исходное состояние системы должно быть стандартным. Стандартному состоянию соответствует:

1. Участники реакции соединения должны быть свободными веществами;

2. Парциальные давления газов – 1 атм.

3. Вещество, относительно которого определяется сродство, берется в количестве 1 моля, если это газ, то он должен быть молекулярным.

Химическое средство, определенное при стандартном состоянии, называется стандартным.

Пример записи реакций для оценки стандартного химического состава:

4/3Al + O2 = 2/3Al2O3; 2Fe + S2 = 2FeS;

Ti + H2 = TiH2; 6Fe + S2 = 2FeS;

Мерой химического сродства служит изменение изобарного потенциала реакции соединения

DG0 = DH0 – TDS0

Чем больше DG0, тем больше средство.

В справочной литературе приводятся графические зависимости стандартного химического сродства.

Из графика следует, что с ростом температуры, сродство к кислороду и другим окислителям уменьшается у металлов и увеличивается у углерода.

Каждый металл, у которого DG0 меньше, является восстановителем для металлов, находящихся в окислах ( нитридах, сульфидах ), у которых степень химического сродства меньше. Углерод при высоких температурах может служить восстановителем из окислов почти любого металла.

 

                           
   
     
     
 
 
Т,0К
 
 
 
 
   
 
- 250
 

         
- 500
2Fe + O2 = 2FeO

       
2Mn + O2 = 2MnO
- 750
2C + O2 = 2CO

       
- 1000
4/3Al + O2 = 2/3Al2O3

       
- 1250

       

Стандартное химическое сродство веществ может оцениваться по знанию упругости диссоциации их химического соединения. Этот способ применим, если соединение разлагается с образованием только одного газообразного вещества 2/3Al2O3 = 4/3Al + O3.

В этом случае константа равновесия

К = Рдис

ln Pдис = –

В этом случае химическое сродство тем больше, чем меньше упругость диссоциации соединения.

Химическое сродство в нестандартных состояниях можно выразить через стандартное химическое сродство с помощью уравнения изобары

ΔG = ΔGТ0 – RTln П

Для реакций взаимодействия газов с веществом П = р

ΔG = ΔGп0 – RT ln p

Если фактическое давления газа меньшем 1, то ΔG > ΔG0 т.е. сродство к газу-окислителю меньше.