Опыт 1. Коррозия меди при контакте с иодом
Положить в тигель несколько кристалликов иода. Накрыть тигель асбестовой бумагой и опустить медную проволоку в тигель через отверстие в асбестовой бумаге. В вытяжном шкафу (!) поставить тигель на кольцо штатива и слегка нагреть на пламени газовой горелки в течение 2-3 минут. Дать тиглю остыть и, сняв с него крышку, вынуть медную проволоку. Наблюдать, как изменилась поверхность медной проволоки. Написать уравнение химической коррозии меди в среде иода, повлекшее за собой образование соли Cu2I2 на поверхности меди. Сделать выводы о том, как классифицировать данный случай коррозии по механизму протекания реакции и по характеру агрессивной среды.
Опыт 2. Значение защитных пленок в процессе коррозии
Опустить гранулу алюминия на минуту в раствор щёлочи (в пробирке), затем промыть водой, вытереть фильтровальной бумагой и поместить в фарфоровую чашку в раствор нитрата ртути Hg(NO3)2 . Вынуть гранулу, промыть водой и наблюдать за изменением поверхности на воздухе. Каков состав вещества, появляющегося на поверхности алюминия? Снять порошок фильтровальной бумагой и поместить алюминий в пробирку с водой. Какой газ выделяется? Сделать вывод о роли пленки Al2O3, мешающей алюминию проявлять свою высокую активность. Составить схему образующейся гальванопары.
Алюминий очень активный металл, его Е0 = –1,663 В. Однако алюминий при комнатной температуре не изменяется на воздухе, поскольку его поверхность покрыта тонкой плёнкой оксида, обладающей очень сильным защитным действием.
При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причём образуется алюминаты — соли, растворимые в воде, содержащие алюминий в составе аниона:
Al2O3 + NaOH → NaAlO2 — метаалюминат Na;
или:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4].
Алюминий, лишённый защитной плёнки, взаимодействует с водой, вытесняя из неё водород:
2Al + 6H2O = 2Al(OH) 3 + 3H2↑.
Далее происходит обменная реакция c нитратом ртути (II):
2Al + 3Hg(NO3)2 = 3Hg + 2Al(NO3)3.
Возникает коррозионная гальванопара в нейтральной среде:
(–) Al │H2O, O2 │Hg (+);
Е0 Al3+/Al= –1,67 B;
Е0 Hg2+/Hg= +0,79 B.
Анод Al0 – 3ē → Al3+ (окисление);
катод 2H2O + O2 + 4ē = 4OH– (восстановление на ртути).
Таким образом, происходит коррозия алюминия с кислородной деполяризацией. Продукт коррозии в нейтральной среде — гидроксид алюминия (рыхлые белые хлопья):
Al3+ + OH– = Al(OH)3↓.
Опыт 3. Коррозия при контакте двух различных металлов
В фарфоровую чашку налить 0,1 н. раствор серной кислоты, опустить в неё кусочек цинка. Наблюдать медленное выделение газа. Опустить в фарфоровую чашку пластинку меди, не доводя ее до соприкосновения с цинком. Отметить, выделяется ли газ на медной пластинке. Подвести медную пластинку к цинку так, чтобы она контактировала с цинком. Какой газ выделяется на поверхности медной пластинки? Объяснить его выделение на меди в этом случае. Составить схему образующейся гальванопары. Как влияет контакт с медью на коррозию цинка?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. К какому типу коррозии можно отнести окисление железа хлором?
2. Может ли протекать электрохимическая коррозия в отсутствие электролита?
3. Почему химически чистое железо является более стойким против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в сильнокислой среде.
4. В раствор соляной кислоты поместили две цинковые пластинки, одна из которых частично покрыта никелем. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив уравнения соответствующих процессов.
5. Железное изделие покрыто свинцом. Составьте уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении целостности покрытия во влажном воздухе и в растворе соляной кислоты. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
6. Алюминий склепан с медью. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если эти металлы попадут в кислую среду? Составьте схему гальванического элемента, образующегося при этом. Подсчитайте ЭДС этого элемента для стандартных условий.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ»
Цель работы: исследование процессов, протекающих при осуществлении различных методов защиты металлов от коррозии
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Необратимые коррозионные процессы наносят большой вред в различных отраслях экономики. Потери чугуна и стали вследствие коррозии исчисляются десятками миллионов тонн. Из-за коррозионного разрушения даже одной детали может выйти из строя вся машина. Коррозия снижает точность показаний приборов и стабильность их работы, выводит из строя электрические приборы. Поэтому защита металла от коррозии в технике, промышленности, сельском хозяйстве, строительстве приобретает первостепенное значение.
Различают следующие основные методы защиты металлов от коррозии: 1) электрохимические; 2) методы, связанные с изменением свойств корродирущего металла; 3) методы, связанные с изменением свойств коррозионной среды; 4) комбинированные методы.
Электрохимические методы
К электрохимическим методам защиты относятся: 1) протекторная защита и 2) электрозащита.
|
| Рис. 8. Схема протекторной защиты |
Протекторная защита (или анодная защита) заключается в использовании так называемого анода-протектора, в качестве которого применяют металл более активный (кадмий, цинк), чем металл защищаемой конструкции (железо, свинец, медь). Протектор Б (рис. 8) соединяют с защищаемой конструкцией А проводником электрического тока В. В процессе коррозии протектор служит анодом, электрохимически окисляется и разрушается, тем самым предохраняя от разрушения защищаемую конструкцию, которая в данной схеме играет роль катода. На поверхности катода идет электрохимический процесс восстановления ионов водорода (в кислой среде) или растворенного в воде кислорода (нейтральная среда).
Протекторная защита может также осуществляться, если металл-протектор использован в виде покрытия (см. далее анодные покрытия) или даже при непосредственном контакте металлов. Например, контакт свинца с более активным цинком способен уменьшить коррозию свинца, происходящую по уравнению:
Pb + 2CH3COOH = (CH3COO)2Pb + H2;
Pb + 2H+ = Pb2+ + H2.
Образовавшиеся ионы свинца легко обнаруживаются при помощи иона I–, образуя с ним яркий золотисто-жёлтый осадок PbI2:
Pb2+ + 2I– = PbI2↓.
Если свинец находится в контакте с цинком, золотисто-жёлтое окрашивание или появляется позже, или совсем отсутствует, что говорит об отсутствии в растворе ионов Pb2+. Сравним стандартные электродные потенциалы цинка и свинца:
Е0Zn2+/Zn0= – 0,762 B, в то время как Е0Pb2+/Pb0= – 0,126 B.
Таким образом, получаем коррозионную гальванопару:
(–) Zn │CH3COOH, KI│Pb (+),
в которой роль анода выполняет цинк как более электроотрицательный металл, окисляющийся при работе гальванопары. На свинцовом катоде происходит процесс восстановления ионов водорода из кислого раствора:
анод: Fe – 2ē = Fe2+ (окисление);
катод: 2H+ + 2ē = H2 (восстановление).
|
| Рис 9. Схема катодной защиты |
Электрозащита (катодная защита) заключается в том, что защищаемая конструкция А (рис. 9) находящаяся в среде электролита (например, в почвенной воде), присоединяется к катоду (отрицательно заряженному электроду) внешнего источника электрического напряжения. Защищаемая конструкция становится катодом (принимает отрицательный заряд). В ту жеагрессивную среду помещают кусок (Б) бросового металла (рельс, балка и т.п.), присоединяемый к аноду внешнего источника электричества. В процессе коррозии кусок старого металла становится анодом и разрушается. Катодный метод используют вборьбе с коррозией подземных сооружений. Он имеет существенное преимущество перед протекторной защитой. Так, для последней радиус действия равен приблизительно 50 м, поэтому при необходимости защищать большие поверхности металла требуется целая серия протекторов. Радиус же действия катодной защиты около 2000м.