Анодный процесс при коррозии металлов -

Избыток электронов с анода перетекает на катод, где связывается соответствующими окислителями, в качестве которых чаще всего выступают ионы водорода или растворенный в электролите кислород.

Если электроны, образующиеся на аноде, связываются на катоде ионами водорода, то говорят о протекании коррозионного процесса с водородной деполяризацией. Такие процессы обычно имеют место при коррозии в кислых средах:

Катодный процесс ( водородная деполяризация) -

2Н⁺ + 2е^- D Н₂⁰

Если электроны, образующиеся на аноде, связываются на катоде растворенными в электролите молекулами кислорода, то говорят о протекании коррозионного процесса с кислородной деполяризацией.

Катодный процесс (кислородная деполяризация) в зависимости от реакции среды может быть представлен следующими схемами:

А) в нейтральных или щелочных средах -

2Н₂О + О₂ + 4е^- D 4ОН^-

Б) в кислых средах -

О₂⁰ + 4Н⁺ D 2Н₂О

Для эффективной работы коррозионного гальванического элемента, как минимум, необходимо удаление ионов металла из анодного приэлектродного пространства и связывание на катоде образующихся при анодном растворении металла электронов.

Любой фактор, вызывающий затруднение протекания катодного или анодного процесса, приводит к поляризации электродов гальванического элемента. При этом потенциал анода становится менее отрицательным, потенциал катода менее положительным, т.е. потенциалы анодных и катодных участков выравниваются, а Э.Д.С. гальванического элемента уменьшается.

Вопрос35. Поляризация и деполяризация электродов. Как влияют эти процессы на коррозию металлов? В чем состоит сущность водородной и кислородной деполяризации?

При смещении потенциала электрода в положительную или отрицательную сторону на нём начинает происходить окисление или восстановление. Такое явление смещения называется поляризацией. Процесс связывания электронов, образующихся на аноде и перетекания к катоду, называется катодной деполяризацией, а вещества, связывающие е – деполяризаторы. Иначе говоря поляризация позволяет управлять процессом электролиза и делать электроды анодами или катодами смотря к какому источнику подключать. Поляризация электрода в отрицательную сторону связана с процессом восстановления и наоборот. Процесс восстановления- катодный процесс, процесс окисления – анодный процесс. Чем сильнее поляризован электрод тем с большей скоростью идёт реакция. Величина поляризации необходимая для протекания данного электродного процесса с определённой скоростью называется перенапряжением данного электродного процесса. Деполяризаторы: в кислой среде – ионы Н⁺ (pH≤7) – водородная деполяризация 2Н⁺+2е = Н⁰₂ , в нейтральной или щелочной среде – кислородная деполяризация 2Н₂О+О₂+4е = 4ОН^- , В кислых средах О₂+4Н⁺+ 4е = 2Н ₂О^-

Вопрос 36. Электролиз с растворимыми и нерастворимыми электродами. Порядок разряда ионов на электродах при электролизе. Законы Фарадея. Практическое применение процессов электролиза.

Электролизом называется совокупность процессов, сопровождающих прохождение электрического тока через растворы или расплавы электролитов.Из растворов солей химически активные Ме, стоящие в ряду стандартных потенциалов до аллюминия включительно, на электроде не восстанавливаются, а восстанавливаются ионы водорода. На катоде легче всего восстанавливаются ионы менее активных Ме, стоящих в РСП после водорода. Из растворов солей Ме, которые расположены между аллюминием и водородом, восстанавливаются, но и возможно восстановление ионов водорода. Процессы, протекающие при электролизе обратны процессам, идущим при работе гальвонического элемента: при электролизе химическоя реакция осуществляется за счёт энергии электрического тока, подводимой извне, в то время как при работе гальванического элемента энергия самопроизвольно протекающей в нём химической реакции превращается в электрическую энергию. Таким образом при электролизе возникает ГЭ (зарядка). При рассмотрении анодных процессов следует иметь в виду, что на аноде может идти процесс окисления материала самого электрода. В связи с этим различают электролиз с растворимым и нерастворимым анодом. Нерастворимым называется анод, материал которого не претерпевает окисления в ходе электролиза. Растворимым называется анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза. В качестве материалов для первого случая чаще всего применяют графит, уголь, платину. На нерастворимом аноде при электролизе водных растворов щелочей и фторидов происходит электрохимическое окисление воды с выделением кислорода. При электролизе водных растворов бескислородных кислот и их солей (кроме HF и фторидов) у анода разряжаются анионы (отрицательно заряженные ионы). Эта аномалия связана со значительным перенапряжением второго из этих процессов - материал анода оказывает тормозящее действие на процесс выделения кислорода.В случае растворимого анода число конкурирующих окислительных процессов возрастает до трёх : электрохимическое окисление воды с выделением кислорода, разряд аниона и электрохимическое окисление металла анода. Из этих возможных процессов будет идти тот, который энергетически наиболее выгоден. Если металл анода расположен в РСП раньше обеих других электрохимических систем, то будет наблюдаться анодное растворение металла. В противном случае будет идти выделение кислорода или разряд аниона. З-Ны Фарадея: 1.Масса вещества, выделяющегося на электроде при электролизе, пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества. 2. Массы окисляющихся и восстанавливающихся на электродах веществ, при пропускании через раствор одного и того же количества электричества, пропорциональны молярным массам их эквивалентов.Практическое применение электролиза. Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты, надсерную кислоту , химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.). Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов. Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами - процесс электрорафинирования или с нерастворимыми - процесс электроэкстракции. Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечения необходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах.

Вопрос37. Способы защиты металлов от коррозии. Металлические катодные и анодные покрытия. Рассмотрите на каком-либо примере механизм защитного действие анодного металлического покрытия в кислой среде.

Коррозия - процесс разрушения металла, происходящего под воздействием окруж. среды, вследствие протекания о.- в. реакций. Защита Ме от коррозии (основные мероприятия):рациональное конструирование, выбор устойчивых к коррозии конструкционных материалов, химическая обработка среды (удаление деполяризаторов, удаление солей, удаление кислых газов, применение ингибиторов к коррозии), применение защитных покрытий (Ме - хромирование, алитирование, серебрение, меднение, золочение, цинкование, лужение , неМе – краски, лаки, каучук, резина, смолы, битумы , химич – оксидирование, фосфатирование). По механизму защитного действия Ме покрытия делятся на катодные (покрытие менее активным Ме – лужение железа) и анодные (более активным Ме- оцинкование). Катодное покрытие защищает только до момента его нарушения. Анодное – оцинкованное железо.Е⁰_(Fe)= -0.44B , Е⁰_(Zn)= -0.76B. На аноде (Zn): Zn⁰ - 2е -- ^кислая ---> Zn⁺², на катоде (Fe): а)Кислая среда 2Н⁺+2е = Н⁰_{2 ,} б)нейтральная или щелочная О₂+4Н⁺+ 4е = 2Н ₂О^- , вторичный процесс Zn⁺² +2 ОН^-------> Zn (ОН)₂. Анодное Ме покрытие защищает Ме даже в случае нарушения покрытия.

Вопрос38. Способы защиты металлов от коррозии. Металлические катодные и анодные покрытия. Как протекает коррозия металла с катодным металлическим покрытием при нарушении его целостности в водной среде в присутствии кислорода?

Коррозия - процесс разрушения металла, происходящего под воздействием окруж. среды, вследствие протекания о.- в. реакций. Защита Ме от коррозии (основные мероприятия):рациональное конструирование, выбор устойчивых к коррозии конструкционных материалов, химическая обработка среды (удаление деполяризаторов, удаление солей, удаление кислых газов, применение ингибиторов к коррозии), применение защитных покрытий (Ме - хромирование, алитирование, серебрение, меднение, золочение, цинкование, лужение , неМе – краски, лаки, каучук, резина, смолы, битумы , химич – оксидирование, фосфатирование). По механизму защитного действия Ме покрытия делятся на катодные (покрытие менее активным Ме – лужение железа) и анодные (более активным Ме - оцинкование). Катодное покрытие защищает только до момента его нарушения. При катодной защите защищаемая конструкция или деталь присоединяется к отрицательному полюсу источника электрической энергии и становится катодом. В качестве анодов используются куски железа или специально изготовленные сплавы. При надлежащей силе тока в цепи на защищаемом изделии происходит восстановление окислителя, процесс же окисления претерпевает в-во анода. Протекторная защита осуществляется присоединением к защищаемому металлу большого листа, изготовленного из другого, более активного металла – протектора. В качестве протектора при защите стальных изделий обычно применяют цинк или сплавы на основе магния. При хорошем контакте м/у металлами защищаемый металл(Fe) и металл протектора(напр Zn) оказывают друг на друга поляризующее действие. Согласно взаимному положению этих металлов в ряду напряжений, железе поляризуется катодно, а Zn- анодно. В результате этого, на железе идет процесс восстановления того окислителя, который присутствует в воде(обычно растворенный кислород), а Zn окисляется. И протекторы и катодная защита применимы в средах, хорошо проводящих электрический ток, например в морской воде. В частности, протекторы широко применяются для защиты подводных частей морских судов.

Пример: коррозия луженого железа. Е⁰_(Fe)= -0.44B , Е⁰_(Sn)= -0.136B.На аноде (Fe): Fe⁰-2е-^{окисление}------> Fe⁺², на катоде (Sn): 2Н⁺+2е-^{восстановление}------>Н₂⁰..