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

Задания

181-192. Какие коррозионные процессы могут протекать при контакте двух металлов? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в заданных условиях. Если коррозия невозможна, то объясните, почему?

Номер задачи	Металлы	Среда
	Cu, Fe	а) раствор HCl
б) влажный воздух
	Zn, Fe	а) речная вода
б) раствор HCl
	Cu, Ag	а) аэрируемый раствор H2SO4
б) закрытый сосуд с раствором HCl
	Ni, Fe	а) влажный воздух
б) раствор H2SO4
	Cr, Ni	а) морская вода
б) раствор H2SO4
	Cu, Zn	а) влажный грунт
б) раствор HCl
	Cu, Sn	а) раствор H2SO4
б) влажный воздух
	Sn, Fe	а) раствор H2SO4
б) морская вода
	Al, Cu	а) раствор H2SO4
б) раствор NaOH
	Sn, Ag	а) раствор HCl
б) влажный воздух
	Cu, Ni	а) раствор HCl
б) вода при отсутствии в ней растворенного кислорода
	Cu, Au	а) раствор H2SO4 в контакте с воздухом
б) раствор H2SO4 при отсутствии в окружающей среде кислорода

193. Приведите пример катодного покрытия для никеля. Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих в аэрируемом водном растворе и в солянокислой среде при частичном нарушении такого покрытия.

194. Приведите пример анодного покрытия для кадмия. Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих в сернокислом растворе и во влажном воздухе, при частичном нарушении такого покрытия.

195. Какие металлы можно использовать для протекторной защиты железа? Для одного из примеров напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии в аэрируемом водном растворе и в сернокислой среде.

196. В чем сущность катодной защиты от коррозии? Какие процессы протекают на электродах при катодной защите стального трубопровода, проложенного во влажном грунте?

197. К какому типу покрытий относится лужение (покрытие оловом) меди? Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих во влажном воздухе и в сернокислой среде при частичном нарушении этого покрытия.

198-200. Возможна ли в средах (а) и (б) коррозия сплава, представляющего собой смесь мелкодисперсных кристаллов металлов X и Y?

В случае возможности коррозии составьте схему микрогальванических элементов, возникающих в процессе коррозии. Напишите уравнения анодного и катодного процессов и суммарное уравнение процесса коррозии. Если коррозия невозможна, то объясните, почему?

Номер задачи	X	Y	Среда
	Ag	Cu	а) аэрируемый раствор HCl	б) изолированный от воздуха раствор HCl
	Cd	Bi	а) раствор H2SO4	б) влажный воздух
	Pb	Sb	а) влажный воздух	б) вода при отсутствии растворенного в ней кислорода

Варианты контрольных заданий

Номер варианта	Номера задач
Контрольная работа №1	Контрольная работа №2	Контрольная работа №3

Приложения