Elektrochemická koroze je interakce kovu s korozním prostředím, které vede elektrický proud, a její rychlost závisí na elektrodovém potenciálu kovu.

Příkladem elektrochemické koroze je destrukce částí strojů, přístrojů a různých kovových konstrukcí v půdě, podzemní vodě, říčních a mořských vodách, v atmosféře, pod vlhkostními filmy, v technických řešeních, vlivem řezných kapalin atd. Při elektrochemické korozi je vždy nutná přítomnost elektrolytu (kondenzát, dešťová voda atd.), se kterým jsou elektrody v kontaktu – buď různé prvky materiálové struktury, nebo dva různé kontaktující materiály s různými redoxními potenciály.

Korozivní prvek

Galvanický článek je chemický zdroj elektrického proudu založený na interakci dvou kovů a/nebo jejich oxidů v elektrolytu, což vede ke vzniku elektrického proudu v uzavřeném okruhu. Pojmenován po Luigi Galvani

V galvanických článcích se chemická energie přeměňuje na elektrickou energii

Galvanický článek obsahuje dvě kovové elektrody, které se liší hodnotami svých elektrodových potenciálů. Elektrody jsou navzájem spojeny vodičem a ponořeny do roztoku elektrolytu. Aktivnějším kovem je anoda, kde dochází k oxidaci, a méně aktivním kovem je katoda, kde dochází k redukci. Elektrony, které se uvolňují při oxidaci anody, se přesouvají ke katodě. Prostorovým oddělením oxidační a redukční poloreakce vzniká elektrický proud.

Anoda (A) je úsek povrchu kovu, ze kterého přecházejí ionty do roztoku elektrolytu. Anoda je záporně nabitá (-) a dochází na ní k oxidačnímu procesu destrukce kovu. Katoda (K) je část povrchu kovu, kde dochází k vybíjení kationtů elektrolytu. Katoda je kladně nabitá (+) a probíhá na ní proces redukce. Povrch kovového výrobku je tedy souborem katodových a anodových mikročástí, které tvoří v prostředí elektrolytu zkratované galvanické články. Během provozu se mohou galvanické články částečně polarizovat. V důsledku přenosu elektronů z anody na katodu se katodový potenciál stává zápornějším a anodový potenciál kladnějším. V tomto případě dochází k jevu vyrovnání potenciálu, který způsobí zastavení proudu a korozi.

Aktivita kovu je charakterizována hodnotou standardního potenciálu kovu. Čím nižší je hodnota standardního potenciálu kovu, tím větší je schopnost atomů kovu ponořených do roztoku odevzdávat elektrony, tzn. tím větší je jeho chemická aktivita. V závislosti na hodnotě standardního potenciálu se kovy spojují do elektrochemické řady napětí. Oxidační síla kovů se v této řadě zvyšuje zleva doprava a redukční síla kovů se zvyšuje zprava doleva. Čím více vlevo je kov v napěťové řadě (čím zápornější je hodnota jeho potenciálu), tím vyšší je jeho chemická aktivita. Anoda je chemicky aktivnější kov v páře a katoda je pasivní.

READ
Jak snížit dluh za veřejné služby?

Důvody výskytu místních galvanických prvků:

1) heterogenita slitiny

• heterogenita kovové fáze v důsledku heterogenity slitiny a přítomnosti mikro- a makroinkluzí;

• nerovnosti oxidových filmů na povrchu v důsledku přítomnosti makro- a mikropórů a také nerovnoměrná tvorba sekundárních korozních produktů;

• přítomnost hranic krystalových zrn na povrchu, dislokační výstup na povrch, krystalová anizotropie.

2) heterogenita prostředí

• oblast s omezeným přístupem k okysličovadlu bude ve srovnání s oblastí s volným přístupem anodou, která urychluje elektrochemickou korozi.

3) heterogenita fyzikálních podmínek

• ozařování (ozařovaná oblast – anoda);

• vliv vnějších proudů (vstupní bod bludného proudu je katoda, výstupní bod je anoda);

• teplota (ve vztahu ke studeným oblastem jsou vyhřívané oblasti anody) atd.

Anodické a katodické procesy při elektrochemické korozi kovů

Jakýkoli kov obsahuje nečistoty jiných kovů, proto v prostředí elektrolytu vzniká systém základního kovu (Me1) a nečistotový kov (Me2) tvoří velké množství mikrovoltaických článků:

kde je aktivnější kov, například Já1, je anodou (A) a na anodě probíhají oxidační procesy (oxiduje se samotný kov):

Méně aktivní kov (Me2) je katoda (K), probíhá na katodě proces redukce oxidačního činidla média. Při elektrochemické korozi v kyselém prostředí dochází k redukci vodíkových kationtů na povrchu katody (méně aktivní kov):

proces elektrochemické koroze Cu–Zn v kyselém prostředí:

А(Zn): Zn – 2ē = Zn 2+ 1

Tvorba galvanického páru Cu–Zn urychluje proces destrukce zinku.

Vodíkové kationty, které jsou redukovány na katodě, přijímají elektrony na povrchu mědi a na anodě dochází k oxidaci zinku. Při elektrochemické korozi tedy dochází vlivem pohybu elektronů po povrchu kovů k elektrickému proudu.

Mořská voda má mírně zásaditou reakci, pH se pohybuje od 7,5 do 8,4. Při elektrochemické korozi v alkalickém prostředí dochází na anodě k oxidaci (destrukce) kovu a na katodě k redukci molekulárního kyslíku rozpuštěného v mořské vodě. A: Me(0) – ne → Me(n+) K: 2H2O+O2 + 4e → 4OH(-) (pH ≥ 7 – mírně alkalické prostředí) Při elektrochemické korozi se anoda stává kovem s nižším elektrodovým potenciálem a katodou kovem s vyšším elektrodovým potenciálem.

Mokrá atmosférická koroze pozorováno, když je na povrchu tenký film vlhkosti. Tloušťka takové fólie se pohybuje od 100 do 1 mikronu. Relativní vlhkost vzduchu, při které začíná tvorba vlhkého filmu, je asi 60 – 70 %. Hodnota, při které začíná kondenzace na povrchu vlhkosti, se nazývá kritická vlhkost. Kritická vlhkost závisí na znečištění vzduchu a stavu kovu.

READ
Jak se jmenuje zařízení pro detekci vedení ve zdi?

Rovnice atmosférické koroze:

Anoda: kovové ionty přecházejí do roztoku:

Katoda: redukční reakce probíhá:

O2 + 2H2O + 4e → 4OH – (alkalické, neutrální médium)

O2 + 4H++ 4e -> 2H2O (kyselé prostředí)

V mnoha ohledech závisí odolnost kovů a slitin v podmínkách atmosférické koroze na povaze kovu a stavu jeho povrchu.

Termodynamické základy korozních procesů

Termodynamická možnost elektrochemické koroze, jako každý chemický proces, může být určena změnou Gibbsovy energie. Vzhledem k tomu, že koroze je samovolný proces, je doprovázena jejím poklesem, tzn. ∆GT Já + mHO + ne.

Anodická pasivita kovů.

Při významné inhibici anodické reakce ionizace kovu se může rychlost procesu koroze snížit o několik řádů. Tento stav kovu se obvykle nazývá anodická pasivita. Pasivitu lze definovat následovně: pasivita je stav zvýšené korozní odolnosti kovu nebo slitiny (za podmínek, kdy je termodynamicky reaktivní), způsobený převažující inhibicí anodického procesu. Tito. Může se stát, že v reálných podmínkách se rychlost koroze „aktivních“ prvků ukáže jako velmi nevýznamná v důsledku nástupu pasivního stavu. Například titan, umístěný nalevo od zinku, a chrom, umístěný vedle zinku, díky nástupu pasivity, jsou ve většině vodných prostředí odolnější vůči korozi než zinek.

Povaha systému kov-roztok ovlivňuje tendenci k pasivnímu stavu. Ti, Ni, Al, Mg, Fe, Co atd. vykazují největší sklon k přechodu do pasivního stavu.

Experimentální studium korozního procesu.

Během praktické části práce byla provedena řada experimentů.

Pokus 1. Studium vlivu prostředí na korozi železa

Skleněné nádobí a činidla: čtyři chemické zkumavky, čtyři železné hřebíky; destilovaná voda, 0.5N roztok chloridu sodného, ​​0.5N roztok hydroxidu sodného, ​​0.5N roztok chloridu amonného.

Čtyři stejné železné hřebíky se umístí do čtyř zkumavek, přidají se různé tekutiny, zkumavky se uzavřou a změny se pozorují měsíc. Zkumavka č. 1 obsahuje destilovanou vodu (voda byla ponechána na vzduchu, aby se nasytila ​​O2 ); ve zkumavce č. 2 roztok chloridu sodného, ​​ve zkumavce č. 3 roztok hydroxidu sodného, ​​ve zkumavce č. 4 roztok chloridu amonného.

Koroze železa je pozorována ve všech zkumavkách kromě třetí.

Obr. 1. První týden experimentu.

READ
Jak často by se měl beton po nalití zalévat?

Obr. 2. Druhý týden experimentu.

Obr.3. Třetí týden experimentu.

Obr.4. Čtvrtý týden experimentu.

Ve zkumavce 1 je málo rzi, v čisté vodě dochází ke korozi pomalu, protože voda je slabý elektrolyt.

A: Fe → Fe 2+ + 2 e −

4 Fe 2+ + O2 → 4 Fe 3+ + 2 O 2−

Ve zkumavce 2 je více rzi, proto chloridové ionty zvyšují rychlost koroze. Tento systém je podobný mořské vodě. Roli katody plní nečistoty v železe.

A: Fe 0 – 2e – →Fe 2+

4 Fe 2+ + O2 → 4 Fe 3+ + 2 O 2−

Ve zkumavce 3 není pozorována žádná rez. V alkalických roztocích (pH ≥ 10) se na železe tvoří nerozpustné hydroxidy a rychlost koroze prudce klesá.

Ve zkumavce 4 je hodně rzi.

To se vysvětluje tím, že železo je v kyselém prostředí nestabilní. Kyselé prostředí zajišťuje sůl NH4Cl. Sůl je tvořena slabou zásadou a silnou kyselinou (hydrolýza probíhá prostřednictvím kationtu). (NH4ОH je slabá báze, HCl je silná kyselina).

NH4 + + HOH ↔ NH4OH + H + redukovaná rovnice

NH4Cl + H2O ↔ NH4OH + HCl molekulová rovnice

Ze zkrácené rovnice je vidět, že OH− ionty vody jsou vázány do slabého elektrolytu, ionty H+ se hromadí v roztoku a prostředí se stává kyselým pH katodovým povlakem

Reakce v kyselém prostředí:

A: Fe 0 -2e – →Fe 2+

Pokud je poškozena celistvost katodového povlaku, je chráněný kov (Fe) zničen.

Zn je aktivnější kov než Fe => anodický povlak

Reakce v kyselém prostředí:

A: Zn 0 -2e – →Zn 2+

Pokud je poškozena integrita anodického povlaku, povlak je zničen, ale kov (Fe) zůstává chráněn.

Katody a anody jsou dva typy elektrod v elektrickém článku, které označují místo, kde elektřina vstupuje do článku a odkud odchází.

Klíčová zjištění

  1. Katody jsou elektrody, na kterých dochází k redukci přidáním elektronů; Anody jsou elektrody, na kterých dochází k oxidaci se ztrátou elektronů.
  2. V elektrochemických článcích přitahují katody kladně nabité ionty (kationty); Anody přitahují záporně nabité ionty (anionty).
  3. V bateriích je katoda kladným pólem a anodou záporným pólem; Při elektrolýze je anoda kladná a katoda záporná.

Katoda vs anoda

Katoda vs anoda

Katoda je elektroda, která přitahuje kladně nabité ionty nebo kationty a je označena znaménkem mínus (-). Anoda je elektroda, která přitahuje záporně nabité ionty nebo anionty a je označena kladným znaménkem (+), která je pak připojena k externímu zdroji energie.

READ
Jak se zbavit zápachu plísně na věcech?

Umístění katody a anody není v článku pevně dané a může se měnit v závislosti na tom, co se děje v daném okamžiku. Například při dobíjení baterie. baterie.

Anody a katody v kontextu baterie mohou být matoucí, protože označení kladných a záporných stran bouře často neodpovídá jejich příslušným nábojům.

srovnávací tabulka

Co je katoda?

Katoda označuje elektrodu uvnitř elektrického článku (voltaického nebo elektrolytického), do které vstupují záporně nabité elektrony.

Katodě se téměř vždy říká kladná elektroda, i když má záporný náboj.

Je to proto, že došlo k pozitivnímu nárůstu počtu elektronů na této straně, takže katodová strana bude na baterii vždy označena jako kladná, dobíjecí nebo ne.

Toto zvýšení počtu elektronů je známé jako redukční reakce, protože se týká snížení oxidačního stavu prvku.

Například v baterii zinku a oxidu manganičitého, nejběžnější chemii baterií v domácnostech, vidíme elektrony pohybující se od záporně nabitých molekul zinku ke kladně nabitým molekulám manganu.

To znamená, že strana baterie s oxidem manganičitým je naší katodou a že jak se “náboj” baterie spotřebovává, ionty zinku se stávají kladně nabitými kationty, které jsou přitahovány ke katodové straně baterie a migrují přes ni.

Je důležité si uvědomit, že v některých případech, například při nabíjení baterie, výměna anody a katody končí.

Elektrony na kladném konci článku jsou spotřebovávány, což znamená, že počet elektronů klesá, jak jsou odstraňovány, což znamená, že tímto koncem je nyní anoda.

Co je to anoda?

Anoda je elektroda uvnitř elektrického článku, ze které elektrony odcházejí a jdou do jiných molekul v různých částech elektrického článku nebo mimo článek.

Například v domácí baterii je anoda téměř vždy označována jako záporná strana článku, i když má kladný náboj z odebíraných elektronů.

Toto snížení počtu elektronů je známé jako oxidační reakce a dává molekulám na anodové straně článku kladný náboj a mění je na kationty.

V našem příkladu baterie je zinková strana anodou, když se elektrony pohybují ze zinku na oxid manganičitý.

Jakmile molekuly oxidu manganičitého přijmou své elektrony z molekul zinku, jejich negativní náboj je přitáhne na tuto stranu baterie jako anionty.

READ
Jaký je hlavní typ osvětlení?

Při nabíjení baterie, stejně jako v případě katody, se poloha anody mění.

Během nabíjení se materiál anody oxiduje a při odstraňování z druhého konce baterie se vytvářejí elektrony.

To znamená, že elektrony se nyní pohybují do elektrického článku zápornou stranou článku, což naznačuje, že toto místo je nyní katodou, zatímco se baterie nabíjí.

Tím se elektrony přerozdělí do jejich původních poloh (i když ne ve stejném rozsahu) a baterie se opět nabije.

Hlavní rozdíly mezi katodou a anodou

  1. Elektrony vstoupí do elektrického článku nebo systému přes katodovou elektrodu a opustí anodovou elektrodu. Za určitých okolností mění místo, například když se dobíjí baterie.
  2. Katoda bude mít čistý záporný náboj v elektrolytických článcích, jako je jednorázová baterie, a kladný náboj. ovládání v galvanických článcích, jako je dobíjená baterie. Anodové elektrody podstoupí opačný proces.
  3. Jakmile v elektrickém článku začne pohyb elektronů (výboj), vzniklé anionty budou přitahovány k anodovému konci článku. Naopak kationty budou ke katodě přitahovány.
  4. Proces toku elektronů ke katodě je známý jako redukce, jejímž výsledkem je záporný náboj a snížení oxidačního stavu molekuly. Zatímco s anodou uvidíme kladný směr od odcházejících elektronů; proces je známý jako oxidace.
  5. Při nabíjení na konci katody uvidíme tvorbu elektronů v důsledku oxidace materiálu anody. Naopak uvidíme absorpci a redukci elektronů na anodovém konci.

Rozdíl mezi katodou a anodou

Doporučení

Vynaložil jsem tolik úsilí na psaní tohoto blogového příspěvku, abych vám poskytl hodnotu. Velmi mi pomůže, když zvážíte jeho sdílení na sociálních sítích nebo se svými přáteli/rodinou. SDÍLEJTE ♥️