Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Химическая коррозия металлов





Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь. Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.

Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.

 

Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).

 

Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.

Коррозия вызывается химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла, например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо.

В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением:

4Fe + 6H2O (влага) + 3O2 (воздух) = 4Fe(OH)3

Гидроксид железа(III) очень неустойчив, быстро теряет воду и превращается в оксид железа(III). Это соединение не защищает поверхность железа от дальнейшего окисления. В результате железный предмет может быть полностью разрушен.

Многие металлы, в том числе и довольно активные (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха.

Алюминий в обычных условиях устойчив к воздействию воздуха и воды, даже кипящей, однако если на поверхность алюминия нанести ртуть, то образующаяся амальгама разрушает оксидную пленку – выталкивает ее с поверхности, и металл быстро превращается в белые хлопья метагидроксида алюминия:

4Al + 2H2O + 3O2 = 4AlO(OH)

Амальгамированный алюминий взаимодействует с водой с выделением водорода:

2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2

Коррозии подвергаются и некоторые довольно мало активные металлы. Во влажном воздухе поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной) в результате образования смеси основных солей.



Иногда при коррозии металлов происходит не окисление, а восстановление некоторых элементов, содержащихся в сплавах. Например, при высоких давлениях и температурах карбиды, содержащиеся в сталях, восстанавливаются водородом.

Электролиз расплавов и растворов соединений металлов.

Определение

Электролиз – это физико-химический окислительно-восстановительный процесс, протекающий в растворах или расплавах электролитов под действием электрического тока, заключающийся в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ - продуктов вторичных реакций на электродах.

Электролиз расплава

I. Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие при элек­тро­ли­зе рас­пла­вов элек­тро­ли­тов

В рас­пла­вах элек­тро­ли­ты дис­со­ци­и­ру­ют на ионы. Это тер­ми­че­ская дис­со­ци­а­ция элек­тро­ли­тов. При про­пус­ка­нии элек­три­че­ско­го тока ка­ти­о­ны вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся на ка­то­де, так как при­ни­ма­ют от него элек­тро­ны. Ани­о­ны кис­лот­но­го остат­ка и гид­рок­сид-ани­о­ны окис­ля­ют­ся на ка­то­де, так как от­да­ют ему свои элек­тро­ны.

При­мер №1. Элек­тро­лиз рас­пла­ва хло­ри­да на­трия

При тер­ми­че­ской дис­со­ци­а­ции хло­ри­да на­трия об­ра­зу­ют­ся ионы на­трия и хлора.

Na Cl → Na+ + Cl

– на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся на­трий:

2 Na+ + 2 e → 2 Na

– на аноде вы­де­ля­ет­ся хлор:

2 Cl − 2 e → Cl2

– сум­мар­ное ион­ное урав­не­ние ре­ак­ции (урав­не­ние ка­тод­но­го про­цес­са по­мно­жи­ли на 2)

2 Na+ + 2 Cl → 2 Na0 + Cl02

– сум­мар­ная ре­ак­ция:

2 NaCl 2 Na + Cl2

При­мер №2. Элек­тро­лиз рас­пла­ва гид­рок­си­да калия

При дис­со­ци­а­ции гид­рок­си­да калия об­ра­зу­ют­ся ионы калия и гид­рок­сид ионы.

КОН → К+ + ОН

– на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся калий:

К+ + 1 e → К

– на аноде вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род и вода:

4ОН − 4 e → О2 + 2Н2О

– сум­мар­ное ион­ное урав­не­ние ре­ак­ции (урав­не­ние ка­тод­но­го про­цес­са по­мно­жи­ли на 4)

+ + 4ОН → 4 К0 + О2 + 2Н2О

– сум­мар­ная ре­ак­ция:

4КОН 4 К0 + О2 + 2Н2О

При­мер №3. Элек­тро­лиз рас­пла­ва суль­фа­та на­трия

При дис­со­ци­а­ции рас­пла­ва суль­фа­та на­трия об­ра­зу­ют­ся ионы на­трия и суль­фат-ио­ны.

Na2SO4 → 2Na+ + SО42−

– на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся на­трий:

Na+ + 1 e → Na

– на аноде вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род и оксид серы (VI):

2SО42− − 4 e → 2SО32

– сум­мар­ное ион­ное урав­не­ние ре­ак­ции (урав­не­ние ка­тод­но­го про­цес­са по­мно­жи­ли на 4)

4 Na+ + 2SО42− → 4 Na 0 + 2SО32

– сум­мар­ная ре­ак­ция:

2 Na2SO4 4 Na 0 + 2SО32

За­ко­но­мер­но­сти элек­тро­ли­за рас­пла­вов элек­тро­ли­та

1. При элек­тро­ли­зе рас­пла­вов ще­ло­чей и солей на ка­то­де оса­жда­ет­ся ме­талл.

2. Ани­о­ны бес­кис­ло­род­ных кис­лот окис­ля­ют­ся на аноде, давая со­от­вет­ству­ю­щее со­еди­не­ние, на­при­мер, хло­рид-ани­о­ны об­ра­зу­ют хлор.

3. Ани­о­ны кис­ло­род­со­дер­жа­щих кис­лот об­ра­зу­ют со­от­вет­ству­ю­щий оксид и кис­ло­род.

Электролиз раствора

II. Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие при элек­тро­ли­зе рас­тво­ров элек­тро­ли­тов

При элек­тро­ли­зе рас­тво­ров элек­тро­ли­тов, кроме ин­те­ре­су­ю­щих нас со­еди­не­ний есть еще и вода, ко­то­рая также может под­вер­гать­ся элек­тро­ли­зу. По­это­му, ис­хо­дя из стро­е­ния со­еди­не­ния, элек­тро­лиз может про­те­кать либо с иона­ми соли, либо с водой.

Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие на ка­то­де

1. Ка­ти­о­ны ак­тив­ных ме­тал­лов, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний до алю­ми­ния, не раз­ря­жа­ют­ся на ка­то­де. См. рис. 2. В этом слу­чае про­ис­хо­дит толь­ко вос­ста­нов­ле­ние воды.

Рис. 2

2О+2 e → Н2 + 2ОН

2. Ка­ти­о­ны ме­тал­лов, рас­по­ло­жен­ных в ряду на­пря­же­ний от алю­ми­ния до во­до­ро­да, раз­ря­жа­ют­ся в той или иной сте­пе­ни од­но­вре­мен­но с мо­ле­ку­ла­ми воды. При этом од­но­вре­мен­но про­ис­хо­дят сле­ду­ю­щие про­цес­сы:

Men++ne- → Me

2О+2 e → Н2 + 2ОН

3. При на­ли­чии в рас­тво­ре ка­ти­о­нов ме­тал­лов, рас­по­ло­жен­ных в ряду на­пря­же­ний после во­до­ро­да, на ка­то­де, пре­жде всего, про­ис­хо­дит вос­ста­нов­ле­ние ка­ти­о­нов этих ме­тал­лов. Men++ne- →Me

Про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие на аноде

Раз­ли­ча­ют два типа ано­дов: инерт­ный и ак­тив­ный. Инерт­ный анод – это анод, ма­те­ри­ал ко­то­ро­го не окис­ля­ет­ся в про­цес­се элек­тро­ли­за (Pt). Ак­тив­ный анод – это анод, ко­то­рый окис­ля­ет­ся в про­цес­се элек­тро­ли­за. На­при­мер, гра­фит.

Элек­тро­лиз с инерт­ным ано­дом

В анод­ном про­цес­се могут при­ни­мать уча­стие ани­о­ны неко­то­рых бес­кис­ло­род­ных кис­лот Cl- ,Br- ,I-, S2-и гид­рок­сид-ио­ны ОН -( раз­ря­жа­ют­ся толь­ко эти ани­о­ны), на­при­мер:

2Br- - 2е- →Br2; 4ОН − 4 e → О2 +2Н2О (в ще­лоч­ной среде)

Если в рас­тво­ре при­сут­ству­ют ани­о­ны F-,SO2-4, NO-3, PO43-, CO32- и неко­то­рые дру­гие, то окис­ле­нию под­вер­га­ет­ся толь­ко вода:

2О - 4 e → О2 + 4Н+(в ней­траль­ной и кис­лой среде)

Элек­тро­лиз с ак­тив­ным ано­дом

В слу­чае с ак­тив­ным ано­дом, число кон­ку­ри­ру­ю­щих окис­ли­тель­ных про­цес­сов уве­ли­чи­ва­ет­ся до трех:

- Элек­тро­хи­ми­че­ское окис­ле­ние ма­те­ри­а­ла анода

- Окис­ле­ние воды с вы­де­ле­ни­ем кис­ло­ро­да

- Окис­ле­ние ани­о­нов рас­тво­рен­но­го со­еди­не­ния









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.