Захист металів від корозії, Завдання 284
Завдання 284. Якщо пластинку з чистого цинку опустити в розведену кислоту, то виділення водню, що почалося, незабаром майже припиняється. Однак при дотику до цинку мідною паличкою на останній починається бурхливе виділення водню. Дайте цьому пояснення, склавши електронні рівняння анодного та катодного процесів. Напишіть рівняння хімічної реакції, що протікає.Рішення: При опусканні пластинки з чистого цинку в розчин розведеної кислоти, виділення водню, що почалося, незабаром майже припиниться, тому що на пластинці з цинку утворюється оксидна плівка, яка перешкоджатиме подальшій взаємодії цинку з розведеною кислотою. Оксидна плівка утворюється при взаємодії цинку з киснем, розчиненим у воді за схемою:
Якщо торкнутися цинкової пластинки мідною паличкою, то виникне гальванічна пара цинк — мідь, у якій цинк буде анодом, а мідь – катодом. Це відбувається тому, що стандартний електродний потенціал цинку (-0,763 В) значно негативніший, ніж потенціал міді (+0,34 В).
Анодний процес: Zn 0 - 2 = Zn 2+Катодний процес у кислому середовищі: 2Н + + 2 = H2↑
Іони Zn2+, що утворюються, будуть з наявними аніонами кислоти давати сіль, а іони водню Н+, деполяризуючись на мідній паличці, Zn0 - 2 = Zn2+утворюють водень, який у вигляді бульбашок газу виділяється з розчину. Іонно-молекулярне рівняння реакції матиме вигляд:
Zn + 2H + = Zn 2+ + H2↑
Молекулярна форма рівняння реакції:
Завдання 285. У чому сутність протекторного захисту металів від корозії? Наведіть приклад протекторного захисту заліза в електроліті, що містить розчинений кисень. Складіть електронні рівнянняанодного і катодного процесів.Рішення: Для запобігання корозії сталевих конструкцій застосовується протекторний захист: створюється електричний контакт конструкції, що захищається з протектором – більш активним металом (зазвичай Zn, Mg, Al або їх сплави) . За такого контакту виникає гальванічна пара типу Zn — Fe і корозії піддається протектор, а чи не сама сталева конструкція (трубопровід, корпус корабля тощо.). Наприклад, корпус корабля захищають протектором – цинкові бруси, які кріплять у кількох місцях днища корабля. Під дією морської води та кисню цинк руйнується, а корпус корабля захищається таким чином від корозії. При цьому протікають такі електрохімічні процеси:
Анодний процес: Zn 0 - 2 = Zn 2 +;Катодний процес: а) у нейтральному або лужному середовищі: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH - ; б) у кислому середовищі: 1/2O2 + 2H + + 2 = H 2 O
Таким чином, цинк руйнується, окислюючись до іонів Zn2+, які з гідроксильними іонами утворюють нерозчинний гідроксид Zn(OH)2 або у вигляді іонів Zn2+ йде в розчин, якщо реакція середовища кисла. Основний метал залишається непошкодженим.
Завдання 286. Залізний виріб покрили нікелем. Яке це покриття – анодне чи катодне? Чому? Складіть електронні рівняння анодного та катодного процесів корозії цього виробу при порушенні покриття у вологому повітрі та у хлороводневій (соляній) кислоті. Які продукти корозії утворюються в першому та у другому випадках?Рішення: Залізо має більш електронегативний стандартний електродний потенціал (-0,44 В), ніж нікель (-0,24 В), тому залізо є анодом, нікель – катодом.
Анодний процес – окислення металу: Fe 0 - 2 = Fe 2+
та катодний процес – відновлення іонівводню (воднева деполяризація) або молекул кисню (киснева деполяризація). Тому при корозії пари Fe - Ni з водневою деполяризацією відбувається такі процеси:
Анодний процес: Fe 0 - 2 = Fe 2+Катодний процес: у кислому середовищі: 2Н + + 2 = Н 2
Продуктом корозії буде газоподібний водень з'єднання заліза із кислотним залишком (сіль).
При корозії пари Fe - Ni в атмосферних умовах на катоді відбувається киснева деполяризація, а на аноді - окислення заліза:
Анодний процес: Fe 0 - 2 = Fe 2+
у нейтральному середовищі: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH -
Так як іони Fe 2+ з гідроксид-іонами ОН- утворюють нерозчинний гідроксид, то продуктом корозії буде Fe(OH)2. При контакті з киснем повітря Fe(OH)2 швидко окислюється до метагідроксу заліза FeO(OH), набуваючи характерного для нього бурого кольору:
Так як нікель має більш електропозитивний стандартний електродний потенціал, ніж залізо, це покриття є катодним. При пошкодженні катодного покриття (або наявності пір) виникає корозійний елемент, в якому основний матеріал у порі служить анодом і розчиняється, а матеріал покриття - катодом, на якому виділяється водень або поглинається кисень. Отже, дане катодне покриття може захищати залізо від корозії лише за відсутності пір та пошкоджень покриття.