До отриманого у попередньому досліді осаду ферум (III) гідроксиду додати декілька крапель сульфатної кислоти до розчинення осаду. Запишіть спостереження.

Напишіть рівняння реакції взаємодії ферум (III) гідроксиду з сульфатною кислотою в молекулярній та іонній формах.

Дослід 5. Якісні реакції на іони двох і тьохвалентного заліза.

Нерівномірна корозія (точкова (пітінг) або міжкристалічна

За умовами експлуатації розрізняють:

корозійно-механічне руйнування;

корозію при терті; корозію під дією блукаючих струмів.

За видом корозійного середовища: атмосферну корозію, підземну корозію, морську корозію, корозію в розплавах електролітів, корозію під дією блукаючих струмів.

Електрохімічна і хімічна корозія металів

За механізмом протікання розрізняють хімічну та електрохімічну корозії.

Хімічна корозія - це самовільне руйнування металу в неелектропровідних середовищах переважно в атмосфері сухого газу. У процесі хімічної корозії процес окиснення металу та відновлення окисника відбувається в одну стадію (хімічний процес).

До хімічної корозії відносять:

- корозію в неелектролітах (бензин, бензол, бром);

- газову корозію - корозію при контакті метала з сухими газами за високих температур (наприклад, корозія матеріалів двигуна внутрішнього згоряння, лопаток газових турбін та інше).

Типовим процесом хімічної корозії є окиснення металів в атмосфері кисню.

Me + 1/2O₂ > MeO

Так, на повітрі поверхня активного металу вкривається оксидною плівкою, яка за звичайної температури захищає метал від подальшої корозії.

Приклади протікання хімічної корозії - корозія заліза в сухому повітрі:

2Fe + O₂> 2FeO

Fe - 2e > Fe²⁺ 2

O₂ + 4e > 2O ^2- 1

4FeO+ 3O₂> 2Fe₂O₃

Fe²⁺ - e -> Fe⁺³ 4

O₂ + 4e -> 2O^2- 1

Корозія посилюється за наявності розчинника, зокрема води. Корозія в розчинах електролітів - це електрохімічна корозія. Електрохімічна корозія - це процес самодовільного розчинення металів у розчинах електролітів, під час якого окислення металів і відновлення окисника середовища відбувається на різних стадіях і ділянках металу.

Електрохімічний вид корозії є найпоширенішим. Теорію електрохімічної корозії розробили російські вчені В. О. Кістяківський, В. Г. Акимов та інші. Згідно з цією теорією, найлегше руйнуються метали за наявності електролітів та інертних домішок (карбіди, метали з вищими значеннями стандартних потенціалів). У цих випадках створюються умови для виникнення гальванічного елемента. Поверхня кожного метала гетерогенна (неоднорідна) і складається із багаточисленних короткозамкнутих мікроелектродних елементів. При контакті з розчином електроліту мікрогальванічні корозійні елементи починають функціонувати, що призводить до руйнування поверхні металу.

Таким чином при протіканні електрохімічної корозії одночасно протікають два електродні процеси.

1. Анодний процес - перехід іонів металу в розчин і утворення на анодній ділянці металу еквівалентної кількості електронів, які переміщуються до катодної ділянки металу.

Прикладом таких процесів є реакції окиснення:

Zn - 2e > Zn²⁺

Fe - 2e > Fe²⁺

2. Катодний процес - зв'язування електронів атомами електроліту (деполяризаторами) на поверхні металу, які при цьому відновлюються:

Ok + e > Red,

де Ok - окисник, який знаходиться в розчині електроліту;

Red - його відновна форма.

Прикладом катодних процесів можуть бути такі реакції відновлення:

2H⁺ + 2e > H₂ (кисле середовище)

O₂ + 2H₂O + 4e > 4OH -, або O₂ + 4H⁺ + 4e > 2H₂О (лужне та нейтральне середовище)

Найважливішими окисниками, що спричинюють електрохімічну корозію, є розчинений кисень та іони Гідрогену.

Тобто, іони Гідрогену, що містяться у воді або в нейтральному водному середовищі, можуть окиснювати тільки ті метали, значення потенціалів яких менші за -0,41 В, тобто метали від початку ряду електрохімічних потенціалів до кадмію. Проте кількість металів, які здатні окиснюватися іонами Гідрогену в нейтральному середовищі, практично менша, оскільки на поверхні кадмію і подібних до нього металів є захисна оксидна плівка.

Розчинений у воді кисень здатний окиснювати ті метали, потенціал яких менший за 0,8 В.

Отже, кисень, що міститься у воді або в нейтральному водному середовищі, може окиснювати метали, розміщені від початку ряду електрохімічних потенціалів до срібла (значення потенціалів цих металів менше за 0,8В).

Приклади протікання електрохімічної корозії

1. Корозія заліза у вологому повітрі:

-A: Fe - 2e > Fe²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e > 4OH- 1

2Fe + O₂ +2H₂O > 2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O > 4Fe(OH)₃

2. Електрохімічна корозія металів, які контактують у кислому та нейтральному середовищі:

Fe Zn

При контакті двох металів анодом буде метал з меншим стандартним електродним потенціалом - цинк, катодом - метал з більшим значенням потенціалу - залізо. На аноді протікає процесс окиснення металу (цинку), а на катоді (залізо) відбувається процес відновлення іонів гідрогену (кисле середовище) або молекул кисню (нейтральне середовище).

кисле середовище нейтральне середовище

-A: Zn - 2e> Zn²⁺ -A: Zn - 2e-> Zn²⁺

+K: 2H⁺ + 2e> H₂ +K: O₂ + 2H₂O + 4e > 4OH-

Zn + 2H⁺> Zn²⁺ + H₂ 2Zn + O₂ + 2H₂O > 2Zn(OH)₂

Анодний і катодний процеси, які розглянуто, умовно називають первинними процесами, а продукти їх взаємодії первинними продуктами корозії.

У процесі протікання електрохімічної корозії можуть відбуватися вторинні процеси: взаємодія первинних продуктів корозії між собою і електролітом, а також з газами, які розчинені в електроліті. При цьому можуть утворюватися вторинні продукти корозії (гідроксиди, фосфати, силікати металів), які є малорозчинними у водних середовищах. У загальному вигляді вторинні продукти гальмують швидкість протікання електрохімічної корозії.

Утворення вторинних продуктів притаманне електрохімічній корозії, яка протікає в нейтральних або лужних середовищах.

Наприклад, розглянемо корозію алюмінію, що перебуває в контакті з міддю у вологому повітрі. Анодом є алюміній, катодом - мідь, на катоді відбувається розрядження іонів Гідрогену:

Al Cu

-A: Al - 3e > Al³⁺ 2

+K: 2H⁺ + 2e- = H₂ 3

2Al + 6H⁺> 2 Al³⁺ + 3H₂

Якщо кисень не надходить до катода, то він швидко поляризується, тобто його потенціал стає негативним за рахунок наявності адсорбованого водню.

Поляризація може привести до зниження ЕРС гальванічного елемента до нуля і як наслідок - до припинення корозії.

Чисті метали стійкіші проти зовнішніх впливів, ніж сплави. Якщо метал містить домішки, то корозія його в розчинах електролітів виникає як результат дії невеликих місцевих (локальних) гальванічних елементів (гальванопар). У цьому випадку, як і в звичайному гальванічному елементі, водень накопичується на поверхні пасивних домішок, які ведуть себе як катод гальванічного елемента.

Анодом гальванічного елемента стає активніший метал, який руйнується.

Наприклад, корозія оцинкованого і лудженого (покритого оловом) заліза в місцях тріщин, дефектів відбувається по-різному у вологому повітрі. При корозії оцинкованого заліза анодом буде цинк як більш активний метал. Він буде руйнуватися. На поверхні заліза (катоді) відновлюється кисень:

-A: Zn - 2e> Zn²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e > 4OH- 1

2Zn + O₂ + 2H₂O > 2Zn(OH)₂

У лудженому залізі більш активним металом є залізо. Залізо стає анодом і починає руйнуватися. Тобто достатньо маленької подряпини на поверхні лудженого заліза, щоб залізо почало кородувати, на відміну від оцинкованного заліза.

-A: Fe - 2e > Fe²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e > 4OH- 1

2Fe + O₂ +2H₂O > 2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O > 4Fe(OH)₃

Можна зазначити, що покриття з цинку виявляє як механічний, так й електрохімічний захист від корозії, а покриття з олова - тільки механічний.

Для захисту від корозії використовуються різноманітні методи:

- використання корозійностійких сплавів - легування металів;

- зміна властивостей середовища (використання інгібіторів корозії);

- нанесення захисних покриттів (фарби, лаки, інші метали);

- створення штучних захисних плівок (анодування).

Найбільш надійним методом боротьби з корозією є виготовлення обладнання, машин та будівельних конструкцій з корозійностійких матеріалів.

Деякі метали є або стійкими до корозії (золото, платина), або на їхній поверхні утворюються стійкі плівки як в сухому, так і вологому повітрі (хром, нікель, титан, алюміній). Метали останньої групи в концентрованих розчинах окисників руйнуються значно менше, ніж у розведених розчинах. У такому випадку говорять про пасивацію металів. Зниження швидкості корозії відбувається в результаті утворення на поверхні металу плівок, які гальмують анодний процес. Такі метали пасивуються значно легше, ніж залізо, тому при їх введенні (легуванні) до залізо-карбонових сплавів утворюються сплави, стійкість яких до корозії є близькою до стійкості легуючого елемента. Загальна назва таких сплавів - нержавіючі сталі.

Метал або сплав, що знаходиться в пасивованому стані, може знов стати активним. Процес переходу металу з пасивного стану до активного називається активацією. Активацію можуть викликати відновники (...