Корозія металів – ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Розділ 12. ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
§ 12.7. Корозія металів
Під час експлуатації виробів з металів та їх сплавів доводиться стикатися з явищем руйнування їх під дією навко яишнього середовища. Руйнування металів і сплавів внаслідок взаємодії їх з навколишнім середовищем називається корозією.
Корозія металів завдає великої економічної шкоди. Внаслідок корозії виходять з ладу обладнання, машини, механізми, руйнуються металеві конструкції.
Корозійне руйнування може охоплювати всю поверхню металу – суцільна (загальна) корозія або окремі ділянки – місцева (локальна) корозія. Залежно від механізму процесу розрізняють хімічну й електрохімічну корозію.
Хімічна корозія – це руйнування металу внаслідок окиснення його окисниками, що містяться в корозійному середовищі.
Хімічна корозія відбувається без виникнення електричного струму в системі. Такий вид корозії виникає під час контакту металів з неелектролітами
Газова корозія трапляється досить часто. З нею ми стикаємося при корозії металів у печах, вихлопних трубах тощо. Найбезпечнішими для металів компонентами газового середовища є кисень О2, пара води Н2О, оксид карбону(ІV) СО2, оксид сульфуру(ІV) SO2. Корозійне руйнування заліза і його сплавів на повітрі зумовлено окисненням його киснем:
4Fe + ЗО2 = 2Fe2O3.
З підвищенням температури швидкість газової корозії зростає.
Найбільшої шкоди завдає електрохімічна корозія.
Електрохімічною корозією називається руйнування металу під час контакту з електролітами з виникненням у системі електричного струму.
У цьому випадку поряд з хімічними процесами (відщеплення електронів) відбуваються й електричні (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої). При цьому в результаті взаємодії металу з молекулами води з корозійного середовища на ньому відбуваються два процеси: окиснення металу Me (анодний процес):
Me – 2е – = Ме2+
І відновлення окисників – компонентів середовища (катодний процес). Як правило, окисниками виступають іони гідрогену Н+ (корозія з водневою деполяризацією) або розчинений у воді кисень O2 (корозія з кисневою деполяризацією). У першому випадку під час катодного процесу виділяється водень: 2Н+ + 2е – = Н2,
А у другому – утворюються гідроксид-іони:
O2 + 2Н2О + 4е – = 4OН-.
Ділянки поверхні металу, на яких відбуваються процеси окиснення і відновлення, називають відповідно анодними й катодними.
Розглянемо як приклад електрохімічної корозії реакції під час електрохімічної корозії заліза. Якщо корозія відбувається в розчині кислоти, то йдуть такі реакції:
Корозія заліза в нейтральному або лужному середовищі характеризується такими реакціями:
Гідроксид феруму(ІІ), що утворився, легко окиснюється киснем повітря:
4Fe(OH)2 + O2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3.
Продукт корозії заліза – бура іржа – це суміш гідроксидів феруму(ІІ) і феруму(ІІІ), продуктів їх розкладу і взаємодії з вуглекислим газом та іншими речовинами з навколишнього середовища.
Електрохімічна корозія може бути посилена, якщо метал містить домішки інших речовин або неметалічні включення. Наприклад, залізо забруднене домішками міді. При цьому виникають гальванічні мікроелементи (пари), схему дії яких наведено на рис. 12.5.
Метал з більш негативним потенціалом руйнується – його іони переходять у розчин, а електрони переходять до менш активного металу, на якому відбувається відновлення іонів гідрогену (воднева деполяризація) або відновлення розчиненого у воді кисню (киснева деполяризація). Отже, при електрохімічній корозії (як у випадку контакту різнорідних металів, так і в разі утворення мікрогальванічних елементів на поверхні одного металу) потік електронів направлений від більш активного металу до менш активного (провідника), і більш активний метал кородує. Швидкість корозії тим більша, чим далі розташовані один від одного в ряду стандартних електродних потенціалів ті метали, з яких утворився гальванічний елемент (гальванічна пара). На швидкість корозії впливає і характер розчину електроліту. Чим вища його кислотність (тобто менший pH), а також чим більший вміст в ньому окисників, тим швидше відбувається корозія. Значно зростає корозія при підвищенні температури.
Деякі метали при контакті з киснем повітря в агресивному середовищі переходять у пасивний стан, при якому різко уповільнюється корозія. Наприклад, концентрована нітратна кислота легко робить пасивним залізо, і воно практично не реагує з концентрованою нітратною кислотою. У таких випадках на поверхні металу утворюється щільна захисна оксидна плівка, яка перешкоджає контакту металу із середовищем.
Захисна плівка завжди є на поверхні алюмінію (див. § 13.11). Подібні плівки в сухому повітрі утворюються також на Be, Сr, Zn, Та, Ni, Cu та інших металах1. Кисень є найпоширенішим пасиватором.
Пасивуванням пояснюється корозійна стійкість нержавіючих сталей та сплавів.
1 Перехід металу у пасивний стан частіше пояснюється утворенням на його поверхні хемосорбованого шару атомів оксигену. При цьому атоми оксигену можуть вкривати як всю поверхню металу, так і її частину. Пасивації сприяють легування металом, який легше пасивується, збільшення концентрації пасиваторів біля поверхні металу та інші фактори.
Рис. 12.5. Схема дії гальванічної пари
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...