korozja_zao.ppsx

(1)

Chemia ogólna

Elektrochemia i korozja

(2)

Elektrochemia – dział chemii zajmujący

się zjawiskami przebiegającymi z

udziałem prądu elektrycznego

1. Elektroliza

2. Ogniwa elektrochemiczne

3. Korozja i ochrona przed

(3)

Elektrochemia – dział chemii zajmujący

się zjawiskami przebiegającymi z

udziałem prądu elektrycznego

1. Elektroliza

(4)

(5)

(6)

1. KOROZJA

(7)

(8)

Potencjał elektrochemiczny

W wyniku

reakcji elektrochemicznych

przebiegających na

powierzchni

elektrody

metalicznej zanurzonej

w

roztworze

zachodzi

przemieszczanie się ładunków:

elektronów

wewnątrz materiału elektrody i

jonów

w elektrolicie.

Procesy te prowadzą do powstania

różnicy potencjałów

w

przestrzeni przyelektrodowej,

Elektrochemia – dział chemii zajmujący

się zjawiskami przebiegającymi z

(9)

gdzie:

E

0

_{- potencjał standardowy,}

**R – uniwersalna stała gazowa, 8,31 J*mol**

-1

* K

-1

T – temperatura bezwzględna,

n – ilość elektronów biorących udział w procesie elektrodowym,

F - stała Faradaya, 96 500 C,

a

_Me

aktywność jonów metalu.

Reakcje potencjałotwórcze

W przypadku, gdy reakcją potencjałotwórczą jest

równowaga między czystym metalem, a jego jonami w

roztworze potencjał metalu określa równanie Nernsta:

(10)

2H

+

(1M) + 2e- --> H

2

(g,1atm)

E

o redn

= 0.0V

Standardowa

elektroda

wodorowa

(11)

Standardowa elektroda wodorowa

E=0,000 V.

(12)

Pomiar potencjału elektrody Zn/Zn

2+

względem standardowej

(13)

(14)

Potencjał metalu

zanurzonego w roztworze

jonów własnych o aktywności

1 (mierzony względem SEW

w war. standardowych)

(15)

Metal Reakcja E0 , V Lit Li+ + e  Li -3.045 Potas K+ + e  K -2.925 Wapс Ca2+ + 2e Ca -2.870 Sód Na+ + e  Na -2.713 Glin Al3+ + 3e  Al -1.660 Cynk Zn2+e + 2e = Zn -0.763 Chrom Cr3+ + 3e = Cr -0.740 Żelazo (II) Fe2+ + 2e = Fe -0.440 Nikiel Ni2+ + 2e = Ni -0.250 Cyna Sn2+ + 2e = Sn -0.136 Ołów Pb2+ + 2e = Pb -0.126 Żelazo (III) Fe3+ + 3e = Fe -0.036 Wodór 2H+ + 2e = H2 (gaz) 0.000 Miedź Cu2+ + 2e = Cu 0.337 Rtęć Hg2+ + 2e = Hg 0.792 Srebro Ag+ + e = Ag 0.799 Pallad Pd2+ + 2e = Pd 0.830 Platyna Pt2+ + 2e = Pt 1.200 Złoto Au+ + e = Au 1.680

(16)

Pomiar potencjału elektrody Zn/Zn

2+

względem standardowej

elektrody wodorowej (a) i elektrody odniesienia – nasyconej

elektrody kalomelowej NEK (b).

(17)

E

_rów.Zn

= -0.760 + (RT/2F) ln a

_Zn2+

(18)

E

_rów.Zn

= -0.760 + (RT/2F) ln a

_Zn2+

(19)

W ogniwie Daniella na

elektrodzie cynkowej

zachodzi reakcja utleniania

cynku:

Zn  Zn

2+

+ 2e

.

Elektroda cynkowa jest więc

anodą.

Katodą

jest natomiast

elektroda miedziowa na

której zachodzi proces

redukcji:

Cu

2+

+ 2e  Cu

.

SEM = E

_K

- E

_A

=

E

_rów.Cu

- E

_rów.Zn

=

1.100 + (RT/2F) ln (

a

_Cu2+

/

a

_Zn2+

)

(20)

E

o

cell

= 1.10V

Zn --> Zn

2+

+

2e-Cu

2+

_{+ 2e- -->Cu}

(21)

Redukcja – proces katodowy

(22)

Metal Reakcja E0 , V Lit Li+ + e  Li -3.045 Potas K+ + e  K -2.925 Wapс Ca2+ + 2e Ca -2.870 Sód Na+ + e  Na -2.713 Glin Al3+ + 3e  Al -1.660 Cynk Zn2+e + 2e = Zn -0.763 Chrom Cr3+ + 3e = Cr -0.740 Żelazo (II) Fe2+ + 2e = Fe -0.440 Nikiel Ni2+ + 2e = Ni -0.250 Cyna Sn2+ + 2e = Sn -0.136 Ołów Pb2+ + 2e = Pb -0.126 Żelazo (III) Fe3+ + 3e = Fe -0.036 Wodór 2H+ + 2e = H2 (gaz) 0.000 Miedź Cu2+ + 2e = Cu 0.337 Rtęć Hg2+ + 2e = Hg 0.792 Srebro Ag+ + e = Ag 0.799 Pallad Pd2+ + 2e = Pd 0.830 Platyna Pt2+ + 2e = Pt 1.200 Złoto Au+ + e = Au 1.680

(23)

Zn + 2 HCl = ZnCl

₂

+ H

₂

Cu + 2 HCl = CuCl

₂

+ H

₂

NIEPRAWDA!!!!

NIEDOSTATECZNIE

Cu + 2 HCl = NIE REAGUJE

Reakcje metali z kwasami

E

0

(24)

Zn + CuCl

₂

= ZnCl

₂

+ Cu

Cu + ZnCl

₂

= CuCl

₂

+ Zn

NIEPRAWDA!!!!

NIEDOSTATECZNIE

Cu + ZnCl

₂

= NIE REAGUJE

Reakcje metali o róznych potencjałach standardowych

E

0

(25)

(26)

(27)

Ogniwa

paliwowe

(28)

(29)

(30)

(31)

KOROZJA

(32)

Korozja atmosferyczna

jest wynikiem działania dwóch czynników: wilgoci i tlenu. Przebiega głównie

z

depolaryzacją tlenową (redukcja tlenu)

,

rzadziej – szczególnie w

terenach uprzemysłowionych – z

depolaryzacją wodorową lub mieszaną

(tlenowo-wodorową)

ze względu na zawartość gazów – bezwodników

kwasowych takich jak SO

₂

w atmosferze.

Korozja atmosferyczna żelaza i jego stopów (stali) prowadzi do tworzenia

rdzy

, która jest mieszaniną tlenków Fe (II) i Fe (III). Można ją

przedstawić w formie odrębnych procesów przebiegających w

mikroogniwach korozyjnych :

A:

Fe – 2 e  Fe

2+

utlenianie

K:

O

₂

+ 2 H

₂

O + 4 e  4 OH

–

redukcja,

Fe

2+

+ 2 OH

–

 Fe(OH)

2

2 Fe(OH)

₂

+ ½ O

₂

+ H

₂

O  2 Fe(OH)

₃

(33)

(34)

(35)

• Powłoki barierowe

– Oddzielenie metalu od

środowiska korozyjnego:

• Smary

• Lakiery, emalie

• Pokrycia plastikowe

• Pokrycia metaliczne cyna,

miedź, nikiel, chrom, srebro

(36)

• Protektory

– Pokrycie żelaza lub stopów

metalami aktywnymi:

• Cynk (galwanizacja)

– Połączenie z metalami

aktywniejszymi

(protektorami):

• Anoda ofiarna wykonana z

magnezu.

(37)

(38)

Jak zapobiegać korozji

Metody elektrochemiczne z

zastosowaniem zewnętrznego źródła

prądu:

•Katodowa (katodowe polaryzowanie

chronionego metalu)

•Anodowa (możliwa w przypadku metali

i stopów ulegających pasywacji)

(39)

Jak zapobiegać korozji

Modyfikacja środowiska korozyjnego

•Zmiana pH (roztwory wodne)

•Zmniejszenie wilgotności (korozja

atmosferyczna)

•Zmniejszanie zawartości tlenu

•Inhibitory

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

Elektroda elektrody, Potencjał V_Ag/AgCl Potencjał pary galwanicznej, V_Ag/AgCl Stal konstrukcyjna -0,740 0H18N9/Stal konstr. -0,728 0H18N9 _{-0,250,070} 0H18N9/Zn -0,905 Zn -0,990

(45)

(46)

C Si Mn P S Cr Ni Mo Al Cu 0,24 0,035 0,53 <0,001 0,001 0,04 0,03 <0,002 0,04 0,09 Stal _C _Si _Mn _P _S _Cr _Ni _Mo _Al _Cu wspor-nik 0,12 0,62 1,65 <0,001 0,015 20,75 8,35 0,27 0,03 0,45 koryto _0,06 _0,38 _1,65 _{<0,001 <0,001 20,70} _8,22 _0,25 _0,01 _0,45