Реакции на катоде Реакции на аноде
Ni2+ + 2e ® Ni Ni - 2e ® Ni2+
2H+ + 2e ® H2
Количество соли никеля в растворе остается неизменным.
При электролизе плотность тока и, соответственно, количество вещества, получаемого в единицу времени, зависит от напряжения (разности потенциалов), прилагаемого к электродам. Увеличение напряжения ведет к возрастанию скорости электролиза. Однако для данного электродного процесса прилагаемое напряжение должно быть не меньше определенного значения. Минимальное напряжение, необходимое для проведения данной электролитической реакции, называется напряжением разложения или потенциалом разложения.
Практическое применение электролиза
Электролиз широко применяется в промышленности для различных целей.
1) Производство химических веществ: водород, кислород, хлор, каустическая сода, алюминий, Mg, Na, K, KClO3, KClO4 и др.
2) Электролитическое покрытие металлами - никелирование, покрытие кадмием, оловом, серебром, медью и др. для различных целей.
3) Гальванопластика - метод получения точных копий объектов путем электролитического осаждения слоя металла на поверхности этих объектов (таким способом созданы скульптуры на нефах Исакиевского собора в Санкт-Петербурге).
4) Рафинирование - очистка металлов, применяется в частности для меди и свинца.
5) Анодное оксидирование (анодирование) - метод получения оксидных пленок на поверхности Al, Ta, Ti, Nb и др., которые защищают металлы от коррозии и истирания.
6) Электролитическое полирование металлов методом анодного растворения в специальных электролитах при высокой плотности тока.
Коррозия металлов и сплавов
Коррозией называется разрушение материала вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.
Виды коррозии
1. Химическая коррозия - это коррозия, которая происходит в среде, не проводящей электрический ток.
Примеры.
a) Простейшим случаем такой коррозии является коррозия металлов, контактирующих с газообразными веществами (газовая коррозия). В результате взаимодействия с газами поверхность металла покрывается соответствующими соединениями, а именно оксидами, сульфидами, основными карбонатами, которые часто образуют плотный поверхностный слой, защищающий металл от дальнейшей реакции с газами.
b) Коррозия в жидкой среде неэлектролита.
2.Электрохимическая кoррозия возникает благодаря электрохимическому взаимодействию между разными точечными участками на поверхности металла. Из-за различных причин эти точечные участки имеют разный электрический потенциал, например, это могут быть дефекты кристаллической структуры металла, если это - чистый металл. В сплавах на поверхности электродов находятся разные компоненты сплава, и эти точечные участки, состоящие из разных химических компонентов, будут иметь разный потенциал. Таким образом, на поверхности сплава возникают как бы микроэлектроды и они начинают работать вместе как микро гальваноэлементы (микро гальванопары). Все виды поверхностной неоднородности металла (химической и физической) ведут к образованию микрогальванопар.
Коррозия такого типа (электрохимическая) наблюдается и при контакте металлов с водой и водными растворами электролитов (жидкостная коррозия) и при контакте металлов с влажным воздухом (атмосферная коррозия).
На анодных участках происходит растворение металла:
M - ne ® Mn+
На катодных участках происходит процесс восстановления какого-либо окислителя:
Ox +ne ® Red
Электрохимическая коррозия может развиваться только при одновременном протекании и анодного и катодного процессов. При торможении одного из них будет соответственно снижаться скорость всего процесса. Оба этих процесса, вызывают поляризацию (изменение потенциала) соответствующих электродов. Обычно процесс в более сильной степени тормозится поляризацией катода, поэтому коррозионные процессы будут усиливаться под действием всех факторов, препятствующих катодной поляризации и вызывающих, как принято говорить, деполяризацию катода. Передачa электронов на катоде происходит веществу-окислителю. При атмосферной коррозии черных металлов (железа, стали) в присутствии влаги обычно электроны связываются кислородом воздуха (кислородная деполяризация):
О2 + 4е- + 2Н2О = 4 ОН-.
Во многих коррозионных процессах катодная деполяризация осуществляется разрядкой водородных ионов (водородная деполяризация):
Н+ + е- = Н
и Н + Н = Н2.
3. Биологическая коррозия происходит, когда некоторые микроорганизмы разрушают металлы. Микроорганизмы используют металл как среду питания или выделяют продукты, которые его разрушают. В процессе жизнедеятельности создаются щелочи, минеральные и органические кислоты, пероксиды, повышающие агрессивность внешней коррозионной среды. Например, некоторые грибы, которые наличествуют в авиационном топливе, провоцируют процесс биологической коррозии алюминиевых баков воздушного транспорта.
Классификация коррозии по характеру разрушения металла. Коррозия может быть:
1) локальной. Можно выделить следующие типы локальной коррозии:
- межкристаллитная коррозия, когда тонкие слои между кристаллами разрушаются первыми;
- точечная коррозия (питтинговая);
-избирательная коррозия, когда один из компонентов сплава первым подвергается разрушению;
-подповерхностная коррозия, когда разрушения начинаются на поверхности металла, но потом нижние слои, находящиеся под поверхностью металла, начинают разрушаться;
-щелевая коррозия, происходит, например, вблизи теплообменных поверхностей, или в узких в местах соприкасающихся деталей, где есть доступ агрессивной жидкости,
-сплошная коррозия (коррозия по всей поверхности металла): равномерная и неравномерная, делающая поверхность шероховатой.