Что такое окисление металла
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Что такое окисление металла

Коррозия металлов. Коррозия – процесс окисления металла под воздействием окружающей среды

Коррозия – процесс окисления металла под воздействием окружающей среды. Наибольший вред от коррозии приходится на долю основного конструкционного металла – железа. Безвозвратные потери металлов от коррозии составляют примерно 10÷15 % мировой продукции стали. Но еще больший вред связан не с потерей металла, а с порчей изделий. Таким образом, борьба с коррозией является важной народнохозяйственной задачей.

9.1 Виды и типы коррозии

По характеру разрушения металла применяется следующая классификация видов коррозии:

1) равномерная; 2) пятнами; 3) точечная;

4) вглубь металла (язвенная); 5) растрескивающаяся;

6) селективная – разрушается отдельный вид кристаллической структуры металла;

7) межкристаллитная – разрушаются связи между отдельными кристаллами. Является наиболее опасным видом коррозии, так как в результате данной коррозии резко ухудшаются механические характеристики металла, но внешне это почти не обнаруживается.

В зависимости от механизма окисления металла различают следующие типы коррозии:

1) химическая; 2) гальванокоррозия; 3) электрокоррозия.

Химическая коррозия протекает в жидкостях, не проводящих электрический ток, и в газовых средах.

Газовая коррозия протекает при высоких температурах. Среди газовых сред самые распространенные O2, SO2, Cl2, H2O, H2S, оксиды азота и другие.

Данный тип коррозии можно описать посредством следующих реакций:

Для ряда металлов, например, алюминия, свинца и др., при окислении кислородом поверхности образуется прочная оксидная пленка, препятствующая дальнейшему окислению металла, в результате этого металл становится «пассивным», т.е. устойчивым в данной среде.

Гальванокоррозия – это коррозия металлов по типу гальванического элемента. Протекает тогда, когда создаются условия для работы гальванического элемента. Гальванокоррозию можно разделить на микрогальванокоррозию и контактную коррозию.

Микрогальванокоррозия – протекает в деталях, включающих кристаллы металлов с различной электрохимической активностью. В реальных условиях химически чистые металлы применяются редко, они обычно включают примеси, естественные или искусственно введенные (например, в сплавах). При контакте с электролитом, например, влагой, между кристаллами различных металлов возникает разность потенциалов и, если в растворе имеется потенциальный окислитель, то протекает электрохимический процесс, при котором окисляется металл с меньшим электродным потенциалом.

Контактная коррозия – протекает в конструкции, включающей находящиеся в контакте металлы с различной электрохимической активностью и находящейся в среде электролита.

Рассмотрим различные варианты гальванокоррозии металлов. Наиболее часто на практике встречается гальванокоррозия чугуна в нейтральной и кислой средах, контактная коррозия железа, а также коррозия вследствие неравномерной аэрации. Составим схемы и опишем работу соответствующих гальванических элементов.

1) Гальванокоррозия чугуна в нейтральной среде.

Схема соответствующего гальванического элемента имеет вид:

В данной гальванопаре железо имеет меньшее значение φ, поэтому будет анодом.

Составим уравнения анодного и катодного процессов:

Образующиеся ионы обеспечивают проводимость во внутренней цепи по реакции Fe 2+ + 2ОН – = Fe(OH)2.

В присутствии кислорода протекает следующие вторичные реакции:

2) Гальванокоррозия чугуна в кислой среде.

Fe 2+ + 2Сl – = FeCl2,

3) Контактная коррозия железа и меди в нейтральной среде.

В данной гальванопаре железо будет анодом.

A) Fe – 2е = Fe 2+ , К) О2 + 2Н2О + 4е = 4ОН – .

4) Коррозия при неравномерной аэрации возникает в том случае, когда

деталь находится в растворе электролита, но доступ кислорода к различным

частям металла неодинаков. Коррозии подвергается та часть детали, доступ кислорода к которой минимален. Химизм данной коррозии согласуется с приведенными выше схемами.

Из приведенных примеров видно, что исходным продуктом коррозии является Fe 2+ , которое под действием кислорода воздуха далее окисляется до Fe 3+ (Fe(OH)3). Гидроксид железа(III) термически нестоек и поэтому распадается на оксидгидроксид железа(III) и воду.

Электрокоррозия возникает, когда металлическая конструкция находится в среде электролита и расположена вблизи источника электрической энергии. Часть электрического тока вследствие утечки попадает на металлическую конструкцию и приводит к электрохимическому разрушению конструкции по типу электролиза.

9.2 Способы защиты металлов от коррозии

Так как наибольший ущерб наносит гальванокоррозия, для предотвращения её надо устранить хотя бы одно из условий, необходимых для работы потенциального гальванического элемента: наличие электродов с различными значениями электродного потенциала, электролита и потенциального окислителя.

Рассмотрим различные методы защиты металлов от коррозии.

9.2.1 Изолирование металлов от внешней среды

Самый простой способ – защищаемый металл изолируют от окружающей среды с помощью покрытий: лаками, красками, эмалями, пластиками, другими металлами или другими материалами. Изоляция металлов от внешней среды также достигается при оксидировании, фосфатировании, борировании, цементации, азотировании и других видах обработки поверхности металлов. Главные требования к покрытиям – необходимые механические характеристики и прочное сцепление с поверхностью металла (адгезия).

Читать еще:  Сколько хлыстов 14 арматуры в тонне

Остановимся на особенностях металлических покрытий. В случае покрытия одного металла другим контактировать с окружающей средой и окисляться будет уже металл покрытия. На практике в качестве покрытия используются Cr, Ni, Sn, Zn и другие металлы. Но в случае, если покрытие частично разрушится и изделие находится в среде электролита, создаются условия для протекания контактной гальванокоррозии. В зависимости от сравнительной активности контактирующих металлов металлическое покрытие может быть анодным или катодным. Рассмотрим данный вопрос на примере гальванокоррозии оцинкованного и луженого железа с частично разрушенными покрытиями:

1) Гальванокоррозия оцинкованного железа в нейтральной среде.

Схема гальванического элемента:

В данной гальванопаре цинк имеет меньшее значение φ, поэтому будет являться анодом.

Реакции на электродах:

A) Zn – 2е = Zn 2+ , К) О2 + 2Н2О + 4е = 4ОН – .

Реакция в растворе электролита

Из данной схемы видно, что в случае частичного разрушения анодного покрытия коррозии подвергается металл покрытия, при этом металл покрытия будет выполнять защитную функцию по типу протекторной защиты.

2) Гальванокоррозия луженого железа в кислой среде.

Схема гальванического элемента:

В данной гальванопаре олово имеет большее значение φ, поэтому будет являться катодом.

Реакции на электродах и в растворе электролита:

A) Fe – 2e = Fe 2+ , К) 2Н + + 2е = Н2.

Fe 2+ + 2Сl – = FeCl2,

Покрытие менее активным металлом является опасным покрытием, так как после его частичного разрушения возникает гальванопара, которая приводит к усилению коррозии защищаемого металла.

9.2.2 Изменение состава коррозионной среды

Изменить состав коррозионной среды возможно, если деталь находится в ограниченной небольшими размерами замкнутой системе.

Из ранее приведенных схем коррозии следует, что функцию окислителя могут выполнять кислород, вода и кислоты, а восстановителя – железо. Сравним окислительно-восстановительные потенциалы данных систем:

O2 + 4H + + 4е = 2H2O φ 0 = + 1,23 В,

O2 + 2H2O + 4е = 4ОН – φ 0 = + 0,40 В,

2О + 2е = H2 + 2OH – φ 0 = – 0,83 В,

Fe – 2е = Fe 2+ φ 0 = – 0,44 В.

Из приведенных значений следует, что в отсутствие кислорода и кислот окисление железа происходить не будет.

В среде, контактирующей с металлической конструкцией, должен отсутствовать электролит и окислитель с более высоким, чем у металла, окислительно-восстановительным потенциалом. Из внешней среды должны быть удалены активаторы коррозии Cl – , Br – и др. и в случае необходимости добавлены вещества, резко замедляющие коррозию – ингибиторы.

Механизм действия ингибиторов пока не исследован полностью. Поэтому подбор ингибиторов проводится в основном экспериментальным путем. В частности, было установлено, что ингибиторами коррозии железа в кислой среде является органические амины. В литературе имеется большой справочный материал по применению ингибиторов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент – человек, постоянно откладывающий неизбежность. 11335 – | 7599 – или читать все.

Разница между коррозией и окислением

Основное отличие – коррозия против окисления

Коррозия и окисление – это два разных термина, выражающих одну и ту же идею. Реакция окисления является одной из двух одновременных реакций окислительно-восстановительных реакций. Коррозия – это тип окисления. Коррозия происходит, когда атомы металла на поверхности металла окисляются в присутствии кислорода и воды. Коррозия в железе или стали может быть признана ржавчиной. Существуют методы предотвращения ржавчины металлов. Основное различие между коррозией и окислением состоит в том, что коррозия происходит главным образом на металлических поверхностях, тогда как окисление может происходить где угодно.

Ключевые области покрыты

1. Что такое коррозия
– определение, объяснение процесса, профилактика
2. Что такое окисление
– определение, объяснение
3. Какова связь между коррозией и окислением
4. В чем разница между коррозией и окислением
– Сравнение основных различий

Ключевые слова: коррозия, гальваника, гальванизация, влажность, металл, металлический сплав, окисление металла, окисление, окислительно-восстановительная реакция, ржавление

Что такое коррозия

Коррозия – это разрушение материала из-за различных реакций, которые происходят на его поверхности, когда материал подвергается воздействию окружающей среды. Это происходит из-за химических реакций, которые происходят между поверхностью материала и компонентами в воздухе.

Коррозия может происходить как на металлических, так и на неметаллических поверхностях. Коррозия материала влияет на структуру поверхности материала. Наиболее распространенным примером коррозии является ржавчина. Здесь цвет и качество стали меняется. Это вызвано химической реакцией между поверхностью металла и влагой и кислородом в воздухе. Поэтому для защиты металла от коррозии были изготовлены различные сорта стали путем изменения химического состава металлического сплава.

Читать еще:  Сколько весит куб железа

Коррозия также может иметь место на неметаллических поверхностях, таких как столешницы и кожа. Когда некоторые агрессивные химические вещества падают на эти поверхности, может произойти ухудшение этой поверхности. Такие химические вещества включают сильные кислоты и сильные основания.

Коррозия на металлах также известна как металлическое окисление, Это потому, что атомы металла на поверхности окисляются кислородом воздуха в присутствии воды. Например, Fe +2 в стали можно окислять до Fe +3 во время коррозии железа. Скорость коррозии зависит от нескольких факторов, таких как влажность воздуха, площадь поверхности металла, которая подвергается воздействию воздуха и т. Д.

Рисунок 1: Коррозия железа

Существует несколько методов предотвращения коррозии металлов. Некоторые из этих стратегий приведены ниже.

  • Экологические модификации
  • Гальванизация – цинковое покрытие может предотвратить ржавление железа, выступая в качестве жертвенного анода.
  • Ингибиторы коррозии – это химические вещества, которые могут избежать коррозии, прерывая реакцию окисления на поверхности металла.
  • Краски. Покрытие красками позволяет избежать коррозии.
  • Гальваника – тонкий слой металла (например, никель, хром) наносится на поверхность стали.

Коррозия влияет на микроструктуру металла путем изменения химического состава; это влияет на механические свойства и внешний вид металла.

Что такое окисление

Окисление – это потеря электронов во время реакции молекулы, атома или иона. Поскольку атомы состоят из равного числа протонов и электронов, когда они нейтральны, потеря электронов дает атомам положительный заряд. Степень окисления дана как степень окисления. Когда атом подвергается окислению, степень окисления этого атома увеличивается положительно. Противоположностью окисления является восстановление.

Всегда есть реакция восстановления, происходящая параллельно с окислением. Другими словами, реакции окисления и восстановления происходят одновременно. Эти две реакции называются окислительно-восстановительными реакциями. Одна реакция одна называется половина реакции, Реакция окисления высвобождает электроны, которые затем расходуются на реакцию восстановления.

Рисунок 2: Окисление магния

В прошлом окисление относилось к добавлению молекулярного кислорода к соединению. Но это определение не может объяснить реакции окисления, которые происходят в отсутствие молекулярного кислорода. Соединения, которые могут привести к окислению других соединений, известны как окислители. Вид, который может окисляться, называется восстановителем.

Связь между коррозией и окислением

  • Окисление – это потеря электронов во время реакции молекулы, атома или иона.
  • Коррозия происходит, когда атомы металла на поверхности подвергаются окислению.

Разница между коррозией и окислением

Определение

Коррозия: Коррозия – это разрушение материала из-за различных реакций, происходящих на его поверхности, когда материал подвергается воздействию окружающей среды.

Окисление: Окисление – это потеря электронов во время реакции молекулы, атома или иона.

Выгоды

Коррозия: Коррозия часто не является полезным процессом.

Окисление: Реакции окисления очень полезны в различных лабораторных условиях.

Процесс

Коррозия: Коррозия – необратимый процесс.

Окисление: Окисление – это половина реакции окислительно-восстановительных реакций.

кислород

Коррозия: Коррозия происходит в присутствии кислорода.

Окисление: Окисление может происходить в отсутствие или в присутствии кислорода.

Заключение

Коррозия – это износ металлических или неметаллических поверхностей. Мы можем признать коррозию металлических поверхностей. Реакции окисления всегда происходят одновременно с реакцией восстановления. Окисление – это потеря электронов от атомов, молекул или ионов. Основное различие между коррозией и окислением состоит в том, что коррозия происходит главным образом на металлических поверхностях, тогда как окисление может происходить где угодно.

Рекомендации:

1. Белл, Теренс. «Как и почему металлы разъедают?» Баланс,

Что такое окисление металла

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1. Коррозия (от латинского « corrodere » разъедать) – самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

2. Виды коррозии: химическая и электрохимическая

I . Химическая – коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде, при этом происходит окислительно-восстановительное разрушение металла без возникновения электрического тока в системе.

К химической коррозии относятся:

газовая коррозия – коррозионное разрушение под воздействием газов при высоких температурах;

коррозия в жидкостях-неэлектролитах.

– химическая коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с газами.

Основной окислитель – кислород воздуха.

Процессы химической коррозии железа:

2 Fe + O 2 = 2 FeO

3 Fe + 3 O 2 = FeO · Fe 2 O 3 (смешанный оксид железа ( II , III ) )

4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Fe ( OH )3 (на воздухе в присутствии влаги)

Fe ( OH )3 t ° C → H 2 O + FeOOH (ржавчина)

2 Fe + 3 Cl 2 = 2 FeCl 3

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах

Жидкости-неэлектролиты – это жидкие среды, которые не являются проводниками электричества. К ним относятся: органические (бензол, фенол, хлороформ, спирты, керосин, нефть, бензин); неорганического происхождения (жидкий бром, расплавленная сера и т.д.). Чистые неэлектролиты не реагируют с металлами, но с добавлением даже незначительного количества примесей процесс взаимодействия резко ускоряется. Например, если нефть будет содержать серу или серосодержащие соединения (сероводород, меркаптаны) процесс химической коррозии ускоряется. Если вдобавок увеличится температура, в жидкости окажется растворенный кислород – химическая коррозия усилится.

Читать еще:  Магнитится ли золото

Присутствие в жидкостях-неэлектролитах влаги обеспечивает интенсивное протекание коррозии уже по электрохимическому механизму.

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах подразделяется на несколько стадий:

– подход окислителя к поверхности металла;

– хемосорбция реагента на поверхности;

– реакция окислителя с металлом (образование оксидной пленки);

– десорбция оксидов с металлом (может отсутствовать);

– диффузия оксидов в неэлектролит (может отсутствовать).

Для защиты конструкций от химической коррозии в жидкостях-неэлектролитах на ее поверхность наносят покрытия, устойчивые в данной среде.

II . Электрохимическая – окислительно-восстановительное разрушение сплавов и металлов, содержащих примеси, с возникновением электрического тока в системе.

АНОД (более активный металл) – разрушается

КАТОД (менее активный металл или примесь неметалла, способного + ē) – восстанавливается среда

Ме 0 – n ē → Me n + (процесс окисления)

кислая среда: 2 H + + 2ē → H 2 (процесс восстановления)

влажный воздух: O 2 + 2 H 2 O + 4ē → 4 OH – (процесс восстановления)

Электрохимическая коррозия железной детали с примесями меди во влажном воздухе.

А: Fe 0 – 2ē → Fe 2+ (Окисление)

К: O 2 + 2 H 2 O + 4ē → 4 OH – (процесс восстановления)

Итог: 2 Fe + O 2 + 2 H 2 O = 2 Fe ( OH )2 (белая ржавчина)

4 Fe ( OH )2 + 2 H 2 O + O 2 = 4 Fe ( OH )3 (бурая ржавчина)

1). Металлические покрытия – анодное (покрытие более активным металлом Zn , Cr ) – оцинкованное железо; катодное (покрытие менее активным металлом Ni , Sn , Ag , Au ) – белая жесть (лужёное железо) – не защищает от разрушения в случае нарушения покрытия.

2). Неметаллические покрытия – органические (лаки, краски, пластмассы, резина – гумирование, битум);

3). Протекторная защита – присоединение пластины из более активного металла ( Al , Zn , Mg ) – защита морских судов.

4). Электрохимическая (катодная) защита – соединение защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Ток идёт в противоположном направлении.

5). Добавление ингибиторов ( в зависимости от природы металла – NaNO 2, Na 3 PO 4, хромат и бихромат калия, ВМС органические соединения), адсорбируются на поверхности металла и переводят его в пассивное состояние.

Задания и вопросы по теме: «Коррозия металлов и сплавов»

№1. При электрохимической коррозии на поверхности анода протекает процесс

А) Восстановления ионов водорода; Б) Окисления металла;

В) Восстановление молекул кислорода; Г) Окисления молекул водорода.

№2. Почему считают, что рядом со стальной коронкой (Fе) не рекомендуется ставить золотую (Аu)?

№3. Вот история, произошедшая с норвежским грузовым судном «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Корпус судна сделан был из стали. Внезапно судно дало течь. Объясните, что произошло.

№4. Какой из компонентов загрязненного городского воздуха является наиболее коррозионно-активным по отношению к металлам, особенно при повышенной влажности:
а) N2; б) СО; в) SO2.

№5. Рассмотрите рисунок, ответьте на вопросы:

Обратите внимание! В восстановлении кислорода участвуют ионы Н + . Если концентрация Н + понижается (при повышении рН), восстановление О2 затрудняется. Замечено, что железо, находящееся в контакте с раствором, рН которого выше 9–10, не корродирует.

С усилением коррозии в присутствии солей часто сталкиваются автомобилисты в тех местностях, где в зимнее время для борьбы с гололедицей дороги обильно посыпают солью. Влияние солей объясняется тем, что образуемые ионы создают электролит, необходимый для возникновения замкнутой электрической цепи.

  • Определить тип коррозии в каждом стакане.
  • В каких стаканах железный гвоздь прокорродировал сильнее, в каких меньше, а в каких коррозии не подвергся? Почему?
  • Объясните, что усиливает коррозию, а что ее замедляет?

№6. Рассмотрите процесс коррозии при соединении медной трубы с гальванизированной (оцинкованной) стальной трубой, если обе трубы находятся в земле.

№7. Почему цинк не используют при изготовлении консервных банок для покрытия им железа? Почему оцинкованное железо идёт на изготовления вёдер, баков?

№8. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?

№9. При изготовлении луженого железа (белой жести) – железо покрывают оловом, какое это покрытие – А) Анодное; Б) Катодное? Запишите электродные процессы

№10. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели вот уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Объясните, почему в данном случае статуя не подвергается коррозии

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector