Пример 1. Хром находится в контакте с медью. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если металлы попадут в кислую среду. Написать уравнение процесса. Составить схему образующегося гальванического элемента.
Решение. Приэлектрохимической коррозии конструкции, содержащей хром – медь, в кислой среде образуется микрогальванический гальванический элемент
e0Cr/Cr3+ = –0,74В, e0Cu/Cu2+ = +0,34В.
(А) Cr / H+ / Cu (К)
Хром, как более активный металл (более низкое значение электродного потенциала окисления), в образовавшемся микрогальваническом элементе окисляется (анод). Электроны переходят на менее активный металл – медь (катод), где происходит водородная деполяризация.
А 2 Cr – 3e = Cr3+ окисление
К 3 2H+ + 2e = H2 восстановление
2Cr + 6H+ = 2Cr3+ + 3H2.
В данной конструкции будет подвергаться коррозии хром.
Пример 2. Подобрать металл для анодной защиты поверхности металла железа в среде «влажный воздух». Написать уравнение электрохимической коррозии при нарушении целостности защитного покрытия.
Решение. К анодным защитным металлическим покрытиям относят металлы, которые являются более активными металлами, чем защищаемый металл. Такие металлы имеют более низкое значение электродного потенциала окисления, чем защищаемый металл. Для железа анодными покрытиями могут быть металлы – цинк, алюминий, магний, титан.
Как правило, выбираются металлы, которые подвергаются процессу пассивации. Выбираем металл магний.
e0Mg/Mg2+ = –2,37В, e0Fe/Fe2+ = –0,44В.
При нарушении защитного покрытия в среде «влажный воздух» возникает микрогальванический элемент, в котором магний является анодом, а железо – катодом.
Электрохимическая схема возникшего гальванического элемента
 |
(А) Mg / O2+H2O / Fe (К)
 |
А 2 Mg – 2e = Mg 2+ окисление
К 1 O2 + 2H2O + 4e = 4OH- восстановление
2 Mg + O2 + 2H2O = 2 Mg 2+ + 4OH-
или в молекулярном виде
2 Mg + O 2 + 2H2O = 2 Mg (OH)2 .
При нарушении анодного защитного покрытия защищаемая железная конструкция не разрушается в результате электрохимической коррозии. Коррозия протекает защитного покрытия.
Пример 3. Подобрать металл для катодной защиты поверхности металла железа в нейтральной среде. Написать уравнение электрохимической коррозии при нарушении целостности защитного покрытия.
Решение. К катодным защитным металлическим покрытиям относят металлы, которые являются менее активными металлами, чем защищаемый металл. Такие металлы имеют более высокое значение электродного потенциала окисления, чем защищаемый металл. Для железа катодными покрытиями могут быть металлы – медь, серебро, олово, никель.
Выбираем металл никель.
e0Ni/Ni2+ = –0,25В, e0Fe/Fe2+ = –0,44В.
При нарушении защитного покрытия в нейтральной среде в которой растворен кислород возникает микрогальванический элемент, в котором железо является анодом, а никель – катодом.
Электрохимическая схема возникшего гальванического элемента
(А) Fe / O2+H2O / Ni (К)
А 2 Fe – 2e = Fe2+ окисление
К 1 O2 + 2H2O + 4e = 4ОН- восстановление
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4OH-
или в молекулярном виде:
2Fe + O 2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 .
При нарушении катодного защитного покрытия защищаемая конструкция разрушается значительно быстрее в результате электрохимической коррозии.
Таблица
Стандартные электродные потенциалы металлов
| Электрод | е0В | Электрод | е0В |
| Li / Li+ | -3,045 | Fe / Fe 2+ | -0,440 |
| Rb / Rb+ | -2,925 | H2 / H2О | -0,410 |
| K / K+ | -2,924 | Cd / Cd 2+ | -0,403 |
| Cs / Cs+ | -2,923 | Co / Co 2+ | -0,277 |
| Ba / Ba 2+ | -2,900 | Ni / Ni 2+ | -0,250 |
| Ca / Ca 2+ | -2,870 | Sn / Sn 2+ | -0,136 |
| Na / Na+ | -2,714 | Pb / Pb 2+ | -0,127 |
| Mg / Mg 2+ | -2,370 | H2 / 2H+ | 0,00 |
| Be / Be 2+ | -1,850 | Bi / Bi 3+ | +0,215 |
| AI / AI 3+ | -1,660 | Cu / Cu2+ | +0,340 |
| Ti / Ti 2+ | -1,603 | Ag / Ag+ | +0,80 |
| Mn / Mn 2+ | -1,180 | Hg / Hg 2+ | +0,85 |
| Zn / Zn 2+ | -0,763 | Pt / Pt 2+ | +1,19 |
| Cr / Cr 3+ | -0,740 | Au / Au 3+ | +1,50 |
Методические указания по дисциплине «Химия» к лабораторным занятиям по теме «Металлы. Коррозия металлов. Раздел Электрохимическая коррозия металлов» для студентов специальностей 130503 «Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтегазопроводов и нефтегазохранилищ» (НТХ/СТХ), 150202 «Оборудование и технология сварочного производства» дневной формы обучения
Составитель: канд. хим. наук, доцент Обухов В.М.
Подписано к печати Бумага писч. № 1
Заказ № Уч. изд. л.
Формат 60/90/ 1/16. Усл. печ. л.
Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.
Издательство «Нефтегазовый университет»
Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
625000,г. Тюмень, ул. Володарского, 38
Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»
625039,г. Тюмень, ул. Киевская, 52