Главная
История:
Началось все с
лягушки
Вольтов столб
Огромная батарея Василия Петрова
Первые гальванические элементы
Первые аккумуляторы
Электрохимический счётчик
Аккумуляторы:
Типы аккумуляторов
Аккумуляторы
Литий-ионные
Аккумуляторы
Литий-полимерные
Аккумуляторы Литиевые
Аккумуляторы
Ni-Cd
Аккумуляторы
Ni-MH
Аккумуляторы Свинцово-Кислотные
Автомобильный аккумулятор
Зарядка автомобильного аккумулятора
Умные аккумуляторы
Зарядные устройства
Способы контроля заряда аккумуляторов
Эффект памяти аккумулятора
Аккумуляторные Батареи
"Батарейки":
Типы "Батареек"
Батарейки солевые и щелочные
Батарейки Литиевые
Резервные источники тока
Альтернативная энергия:
Топливные элементы
Солнечная энергия
Солнечные батареи
Ветрогенератор
Разное:
Источник бесперебойного питания
Ионисторы
Перспективные источники тока
Эксплуатация химических источников тока
Диагностика химических источников тока
Тенденции рынка
Производители
Теория и её развитие:
Начало электрохимии
Открытие электроосмоса и электрофореза
Открытия Фарадея
Появление новых терминов
Электрохимический ряд напряжений металлов
Гальванический элемент в банке
Почему растворы проводят электрический ток
Двойной электрический слой на поверхности
Электрохимическая коррозия
Биоэлектричество
   


Турникет-трипод PERCo-TTR-04R


Яндекс цитирования


Купить медную трубу через http://eurounica.com/c-Mednaya_truba_i_fiting-5-9999-1 по низким ценам.

Электрохимическая коррозия

Железо ржавеет. Из-за различного физико-химического воздействия внешней среды подвержены коррозии и другие металлы. Ежегодно от коррозии теряется около трети годового производства металла. Потери исчисляются десятками миллиардов долларов, марок, рублей. И беда не только в том, что просто разрушается металл, - нет, разрушаются конструкции, на которые был тоже затрачен труд, ржавеют мосты, машины, крыши, памятники.

Противостоять коррозии непросто. С точки зрения химии, это процесс окисления, в котором принимает участие электрон. Не имеет значения, превратится ли при этом металл в оксид, карбонат, гидроксид или сульфид. Важно, что он отдает свои электроны, окисляется. Очень часто электроны достаются кислороду воздуха, а продуктом коррозии является оксид. Если в коррозии участвует еще и атмосферная влага, может образоваться и гидроксид. Так кислород воздуха совместно с влагой разъедают железо, при этом образуется ржавчина, которую можно представить как Fe2O3•xH2O. В окислении меди участвует диоксид углерода, окружающего воздуха. Подвергшаяся коррозии медь покрывается красивой по цвету патиной - основным карбонатом меди. Серебро на воздухе чернеет - это на его поверхности при участии содержащихся в воздухе соединений серы образуется сульфид серебра. Во всех этих процессах виновник известен. Соответствующий процесс можно записать химическим уравнением. Поэтому такие случаи мы относим к химической коррозии. Название другого типа коррозии - электрохимическая коррозия - можно считать условным. И в этом случаи происходит химический процесс, но по правилам электрохимии - с образованием гальванического элемента.

Имеются примеры поразительной стойкости некоторых металлических сооружений. Существует железная колонна во дворе минарета Кутуб-Минар в Дели. Она стоит уже тысячу лет, и хоть бы что. Говорят, один иностранец решил раскрыть тайну этого нержавеющего железа и каким-то образом отколол небольшой кусочек от колонны. Каково же было его удивление и разочарование, когда еще на корабле по пути из Индии он заметил, что металл покрылся ржавчиной. В конце концов ученые предположили, что стойкость индийского железа объясняется присутствием в атмосфере Дели большого количества аммиака и тем, что в металле отсутствует сера - результат выплавки железа на древесном, а не на каменном угле (в древесном серы нет). К сожалению, такие стойкие конструкции, как эта колонна, на Земле большая редкость.

Существенные успехи в борьбе с коррозией появились лишь после того, как было установлено, что коррозия во многом имеет электрохимический характер. Большую роль в понимании механизма коррозии сыграли исследования академика В.А. Кистяковского, члена-корреспондента АН СССР Н.А. Изгарышева (1884-1956) и члена-корреспондента АН СССР Г.В. Акимова (1901-1953). Георгию Владимировичу Акимову мы также обязаны созданием первой в СССР научной коррозионной лаборатории и первой в мире кафедры коррозии, организованной в 1931 г. в Московском институте цветных металлов. Электрохимическая теория коррозии, справедливо отмечал академик Я.М. Колотыркин, "указала путь не только к оценке химического сопротивления металлов и сплавов, но и к повышению их стойкости за счет направленного легирования самого металла, модифицирования агрессивной среды и регулирования потенциала".

Металлы высокой степени чистоты не подвергаются электрохимической коррозии. Ну, а если они содержат примеси, тогда другое дело: оба металла связаны "коротко", не хватает только электролита, чтобы получился гальванический элемент. А электролит найти легко - хотя бы влага, содержащаяся в атмосфере. Мы знаем, что примесей мало и на поверхности металла они сгруппированы на отдельных маленьких участках. Здесь появится множество микроскопических гальванических элементов. Возникнет, и начнет работать. Труднее всего придется самому неблагородному металлу - тому, который имеет более отрицательный электродный потенциал, короче говоря, основному металлу. Вот почему особенно опасны примеси, которые стоят ближе к концу в ряду относительной активности металлов. Важно остерегаться именно примесей благородных металлов. Но даже если металл не содержит опасных примесей, разность потенциала создается и участками из одного металла, но по-разному обработанных (металл, подвергнутый, например, механической обработке, и металл после обжига образуют гальваническую пару), и наличием узких зазоров и тонких неэлектропроводных пленок, даже различной аэрацией среды, и коррозия начинает разъедать металл. С увеличением глубины концентрация кислорода в воде уменьшается. Это значит, что на определенной глубине на опущенном в воду металле, допустим, на обшивке корпуса корабля, будет достигнут равновесный потенциал реакции восстановления кислорода. Поверхность, находящаяся ближе к ватерлинии, поведет себя в этом случае как катод, а находящаяся глубже - как анод. На аноде же металл и начнет разрушаться. А если на поверхность металла попадает капля воды, в центре капли, где кислорода мало, металл становится анодом и растворяется, а роль катода начинают выполнять края капли, более доступные влиянию кислорода. На краях будет осаждаться гидроокись металла. Очень опасна межкристаллитная коррозия, она идет вдоль сварных швов. Коррозию увеличивают механическая нагрузка, трение, высокие скорости потока. В борьбе с коррозией ученые и инженеры применяют более стойкие материалы: алюминий, титан, различные сплавы. Алюминий, находясь значительно левее железа в ряду активности металлов, не подвержен значительной коррозии благодаря тому, что на поверхности алюминия образуется тонкий слой окисла, предохраняющий расположенный под ним металл от дальнейшей коррозии. Магний тоже защищен от коррозии пленкой окисла. Хорошая защитная пленка образуется на поверхности сплавов железа с хромом. Эти сплавы и есть всем известная нержавеющая сталь.

Самый простой способ защиты от коррозии - это изолировать металл от окружающей среды. Достаточно поместить металлическую деталь в инертную атмосферу или изолировать в вакууме - и все. Она сохранится. Только для чего нам такие "консервированные" деталей? Нужно, чтобы они работали. Тогда изолируем их другим способом - покроем смазкой, лаком, асфальтом, краской. Это дешево и легко выполнимо. Но иногда этот метод нельзя использовать, так как части трутся друг о друга, окраска стирается или обкалывается, или же мы хотим, чтобы деталь была блестящей и чистой. Представьте, к примеру, как бы мы пользовались крашеными и лакированными вилками и ножами. Поэтому для защиты металла от коррозии часто требуется другой металл. Он должен быть устойчив к действию окружающей среды, по возможности иметь привлекательный внешний вид, быть дешевым и доступным. Не советовал бы Вам, например, золотить железное изделие, даже если бы золото стало самым распространенным, дешевым и доступным металлом. Оно окажет плохую услугу нашей железке. Золото стоит значительно дальше железа в ряду относительной активности металлов, и при малейшей царапине на покрытии на этом месте появится гальванический элемент - коррозия начнет свою разрушительную работу. На поверхности золота будет выделяться водород, а железо вскоре превратится в кучу ржавчины, покрытую золотой пленкой. Нет, ни в коем случае материал покрытия не должен подбираться из тех металлов, которые расположены за основным металлом в ряду относительной активности! На практике чаще всего железо покрывают цинком. Цинк доступен и недорог, сравнительно устойчив к действию окружающей среды, а самое важное - стоит впереди железа в ряду относительной активности. Если цинковое покрытие разрушается, образуется гальваническая пара: цинк становится анодом, железо - катодом, и тогда коррозионному воздействию подвергается цинк, а на железе идут восстановительные процессы, и его коррозия начинается лишь после того, как прокорродирует весь цинк. Использование олова, например, для покрытия консервных банок, связано с хорошими свойствами самого покрытия, а когда такая банка оказывается на помойке коррозия основного металла (железа) протекает очень активно.

Схема коррозии оцинкованного железа
Схема коррозии оцинкованного железа

Схема коррозии белой жести
Схема коррозии белой жести

Если хочется иметь и позолоченные, и посеребренные предметы или хотя бы покрывать железо никелем - металлом, стоящим позади него в ряду активности. Они и устойчивы, и тверды, и красивы. Например, можно железный предмет покрыть медью. Сделать это нетрудно, но покрытие не будет устойчивым. Теперь нанесем на него слой никеля - и никакое повреждение покрытию не страшно. Пусть даже возникнет элемент между никелевым и медным электродами. На каком-то участке никель разрушится, а на меди выделится водород. А железо в буквальном смысле "останется в стороне от схватки" металлов с коррозией. Так работают многослойные покрытия. И совсем не нужны толстые слои, даже наоборот, они должны быть тонкими. Они выполняют роль, которую предопределили им электродные потенциалы.

Возможен и другой вариант, в основе которого также лежит ряд активности, - это протекторная защита (протектор (от латинского protectio - прикрытие) - покровитель, защитник). Представьте себе огромный корабль, который плывет по океану. Его стальной корпус вспарывает воды, а ниже ватерлинии коррозия не прекращает своей разрушительной работы. Может быть, днище покрасить? Или нанести многослойное металлическое покрытие? Можно поступить иначе. К корпусу крепится кусок менее благородного, чем железо, металла, например цинка. Специально создается гальванический элемент, работающий в этом прекрасном электролите - океанской воде. Цинк растворяется и спустя некоторое время растворится полностью. Тогда мы заменим его новым. Цинк выполнил свою роль - жертвуя собой, защитил стальной корпус корабля. Предполагается, что первым использовал протектороную защиту от коррозии Дэви. Он предложил использовать для защиты медной облицовки кораблей железо. Медь перестала взаимодействовать с морской водой, но так как ионы меди подавляют развитие микроорганизмов и они перестали переходить в воду, корабли стали обрастать ракушками. Это снижало их скоростные характеристики. Можно взять в качестве протектора любой металл, даже сталь - ту же самую, из которой сделан корпус, но на этот раз в цепь включается и источник энергии. Между корпусом и протектором подается напряжение таким образом, чтобы корпус представлял собой катод. Сейчас для нас важен не ряд относительной активности, а только внешнее напряжение. И снова на корпусе будет выделяться водород, а протектор растворится. Такая защита носит название катодной защиты. Очень важно не спутать полюсы источника тока. Если корпус подключить как анод, это не только не помешает коррозии, но, напротив, усилит ее. Весьма эффективны комбинированные методы защиты.

Итак, электрохимия и коррозия тесно связаны между собой. Электрохимия объясняет некоторые коррозионные процессы и учит нас бороться с ними.

В случаи использования содержимого сайта, необходимо ставить активные ссылки на данный сайт видимые посетителями и поисковыми роботами.

Литература

 














Copyright © 2007-2009 PowerInfo.ru