Паршин А.Г., Пахомов В.С., Лебедев Д.Л. - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии (1093328), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Вначале в клеммах укрепляют самые маленькие из имеющихся цинковых и медных электродов. Значение силы тока элемента записывают в табл. 2.1 пока ток не установится постоянным. Замеры ведут через каждые 2 мин до получения трех одинаковых значений.

Затем, оставляя один из электродов постоянным (например, катод) другой (анод) заменяют на электрод среднего раз­мера и значение силы тока элемента записывают аналогично до установления постоянного значения.

1 - миллиамперметр; 2 - клеммы; 3 - пластина; 4 -раствор NaCl; 5 - ванна стеклянная; 6 - медный электрод; 7 - пористая перего­родка; 8 - цинковый электрод

Рис.2. Схема установки для изучения кинетики коррозионного процесса с кислородной деполяризацией

После этого при том же катоде заменяют электрод сред­него размера (анод) на такой же электрод большого размера и опять ведут запись тока до установления постоянного значе­ния.

Получив зависимость влияния площади поверхности ано­да на силу тока элемента при постоянном катоде, приступают к изучению влияния площади поверхности катода на силу тока при постоянном аноде.

б) Влияние перемешивания электролита на силу тока элемента

Измерения можно проводить с электродами любых раз­меров, но удобнее взять ту пару, с которой проводили послед­ний опыт при определении зависимости силы тока от площади поверхности электродов.

В прианодную зону следует осторожно опустить стеклян­ную палочку и перемешать электролит вблизи поверхности анода. Значения величины силы тока до перемешивания (уста­новившаяся) и в момент перемешивания в анодной зоне (при максимальном отклонении стрелки прибора) записывают в табл. 2.2. После этого осторожно перенести стеклянную палоч­ку в прикатодную зону и перемешать электролит вблизи като­да, силу тока в момент перемешивания в катодной зоне запа­сать в табл. 2.2.

При перемешивании раствора рекомендуется не задевать перегородку из стеклянной ткани и образцы.

После проведения работы раствор NaCl из ванночки сли­вают в бутыль, из которой он был взят. Опытные образцы сле­дует промыть и высушить фильтровальной бумагой.

в) Определение анодных и катодных участков на железе, коррелрующем в нейтральном растворе

При коррозии в нейтральном растворе, протекающей с кислородной деполяризацией, распределение анодных и ка­тодных участков на поверхности металла большей частью обу­словлено неравномерной аэрацией и неоднородностью поверх­ности.

Для того, чтобы обнаружить анодные и катодные участки при коррозии железа в нейтральном растворе (раствор хлори­стого натрия) к нему добавляют индикатор на ионы Fe²⁺ (крас­ная кровяная соль K₂Fe(CN)₆), образующий с ионами Fe^2- тем­но-синюю малорастворимую соль, так называемую турнбуллевую синь Fe₃[Fe(CH)₆]₂ и индикатор на гидроксильные груп­пы (фенолфталеин), образующий с ионами ОН^- соединения малинового цвета.

Для выполнения опыта в чашку Петри наливают 1 %-ный раствор NaCl и добавляют из капельницы 8-10 капель 1%-ного раствора K₃Fe(CN)₆ и 3 - 4 капли раствора фенолфталеина. Перемешав раствор стеклянной палочкой, помещают в него образец, предварительно зачищенный и протертый ватой, смо­ченной ацетоном. Через несколько минут около образца начи­нают появляться синие и малиновые участки. Чашку с образцом рекомендуется не встряхивать. В целях экономии времени опыт в) рекомендуется проводить парал­лельно с опытом а).

После окончания работы полученные результаты необхо­димо представить на визу преподавателю.

2.4. Обработка опытных данных

Результаты работы по 1 и 2-й частям оформляют в виде заполненных таблиц и графика, показывающего зависимость установившейся силы тока исследуемого гальванического эле­мента от площади поверхности анода (при постоянном катоде) и площади поверхности катода (при постоянном аноде).

Расположение окрашенных участков на образце необхо­димо зарисовать и написать реакции, протекающие на анодных и катодных участках при коррозии углеродистой стали в рас­творе NaCl, и реакцию образования турнбуллевой сини.

2.5. Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается необходимое термодинамическое усло­вие протекания электрохимической коррозии железа с ки­слородной деполяризацией?

2. Перечислите основные стадии катодного процесса восста­новления кислорода.

3. Какие из этих стадий могут быть лимитирующими в непод­вижных и перемешиваемых растворах?

4. Чем объясняется вид катодной поляризационной кривой восстановления кислорода в неподвижных растворах?

5. Что называют перенапряжением диффузии кислорода?

Библиографический список

Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. -М.:Металлургия, 1980. С 230-247.

Лабораторная работа 3

ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

3.1. Цель работы

Определение электродных потенциалов некоторых ме­таллов в растворах электролитов, а также проверка возможно­сти применения уравнения Нернста для расчета величин рав­новесных потенциалов.

3.2. Теория вопроса

При погружении металла в водный раствор электролита на поверхности металла протекает процесс взаимодействия его ион-атомов с полярными молекулами воды. Процесс гидрата­ции ион-атомов металла сопровождается выделением энергии, за счет которой разрушаются связи ион-атомов металла в кри­сталлической решетке и они переходят в раствор в виде гидратированных катионов, а на поверхности металла остаются ос­вободившиеся электроны

(Меⁿ⁺ne) + тН₂О  Меⁿ⁺тН₂О + ne (3.1)

Силы электростатического взаимодействия между избы­точными электронами на металлической поверхности и пере­шедшими в раствор катионами металла препятствуют удале­нию последних в глубь раствора. В результате поверхность металла заряжается отрицательно, а раствор электролита - по­ложительно и на границе "металл-раствор" возникает двойной электрический слой, который может формироваться также при адсорбции на поверхности металла заряженных частиц раство­ра. При этом металл приобретает заряд одного знака, а около его поверхности образуется слой из ионов электролита с дру­гим знаком.

Между слоями зарядов устанавливается определенная разность потенциалов, так называемый, "скачок потенциала" или просто "потенциал". Значительное количество заряженных частиц (например, переходящих в раствор катионов металла) находится в непосредственной близости к металлической по­верхности. Эти частицы формируют плотную часть двойного электрического слоя (слой Гельмгольца), в которой реализует­ся практически весь скачок потенциала (φ). По мере удаления от поверхности металла в раствор электролита концентрация данных заряженных частиц постепенно падает, достигая в кон­це концов значения, соответствующего их концентрации в объеме раствора. Эту часть называют "размытой" или диффуз­ной частью двойного электрического слоя. Ее протяженность значительно превышает толщину слоя Гельмгольца, а реали­зуемый в ней скачок потенциала (ψ^’), как правило, меньше по величине и градиенту, чем на гельмгольцевском участке двой­ного слоя.

Равновесные (обратимые) электроды обладают одной, общей для всех электродов, особенностью: в них протекает только одна электрохимическая реакция с равной скоростью в двух противоположных направлениях (прямая и обратная ре­акции).

Существует несколько типов равновесных электродов:

1. Электроды первого рода - некоторые металлы в рас­творах своих солей, находящиеся в состоянии равновесия по отношению к одноименным ионам:

(Меⁿ⁺пе)+ тН₂О  Меⁿ⁺ тН₂О + пе (3.2)

2. Электроды второго рода представляют собой металл, покрытый слоем его труднорастворимого соединения (соли, оксиды или гидроксиды) и погруженный в раствор, содержащий тот же анион, что и труднорастворимое со­единение электродного металла. Схематически электрод второго рода можно представлять следующим образом: Ме¹ || М¹А, Ме²

3.Окислительно-восстановительные электроды (редокс-электроды), представляющие собой инертный металл (например, платину) в контакте с электролитом, содер­жащим ионы разных степеней окисленности (например, Fe²⁺/F³⁺ || Pt; ||Pt). При достижении равновесия значение потенциала метал­ла становится постоянным, а его величина зависит от внешних условий (температуры, давления) и активности ионов металла в растворе и описывается уравнением Нернста

(3.3)

где φ_м - равновесный потенциал металла, В;

- стандартный потенциал металла, В, т.е. его потенциал в электролите, активность ионов данного металла в котором равна единице;

R - газовая постоянная, равная 8,314 Дж/ (мольград);

Т - температура по абсолютной шкале, К;

n - количество электронов, принимающих участие в элек­тродной реакции;

F - постоянная Фарадея, равная 96493 К;

а - активность ионов металла в растворе, моль/л;

a = fC, (3.4)

где f - коэффициент активности (см. приложение 5);

С - аналитическая концентрация ионов металла в растворе, моль/л.

Для разбавленных растворов коэффициент активности близок к единице, и с некоторой ошибкой можно считать, что активность ионов металла приблизительно равна их аналити­ческой концентрации в растворе.

Подставив в уравнение (3.3) значения постоянных для температуры 25°С и перейдя к десятичным логарифмам, полу­чим уравнение Нернста в следующем виде:

(3.5)

Из уравнения (3.3) следует, что потенциал металла изме­няется в зависимости от концентрации собственных ионов металла в электролите. При уменьшении концентрации ионов металла в электролите (например, связывание их в слабо диссоциирующие комплексы) потенциал его смещается в отрица­тельную сторону.

Если в процессе взаимодействия металла и электролита участвуют не только собственные ионы металла, но и другие ионы или атомы, то возникновение равновесного потенциала невозможно и тогда образуется неравновесный или необрати­мый потенциал. В этом случае потеря и приобретение электро­нов металлом осуществляются с участием различных веществ, и потенциал металла не характеризует наступление равновесия на поверхности электрода и называется необратимым.

Устойчивое значение необратимого потенциала, устанав­ливающееся при равенстве сумм скоростей анодных и катод­ных процессов, называется стационарным необратимым по­тенциалом. Величина его зависит от природы металла, состава и концентрации электролита, а также от внешних условий.

Необратимые потенциалы не подчиняются уравнению Нернста (3.3), следовательно, их нельзя рассчитать, а можно определить только опытным путем. Для решения вопроса, яв­ляется ли потенциал металла в данном растворе обратимым или необратимым, следует сопоставить теоретическое, рассчи­танное по уравнению (3.3), и опытное значения потенциала и сравнить зависимость его от активности собственных ионов в растворе, полученную теоретически и опытным путем.

Под влиянием различных факторов величина неравновес­ного потенциала металла может изменяться, смещаясь в ту или иную сторону. Большое влияние на его величину оказывают окислители, находящиеся в электролите, под действием кото­рых на поверхности металла может образоваться защитная пленка, что приводит к смещению потенциала в положитель­ную сторону. Защитные пленки могут образовываться также за счет отложения на поверхности металла труднорастворимых продуктов коррозии. Присутствие в растворе веществ, раство­ряющих или разрушающих защитные пленки (например, ио­нов-активаторов) приводит к смещению потенциала металла в отрицательную сторону.

Необходимо отметить, что в настоящее время нет доста­точно надежных методов экспериментального определения или теоретического вычисления абсолютных значений потенциа­лов (скачков зарядов в двойном электрическом слое), поэтому их определяют по отношению к другому электроду, называе­мому электродом сравнения. Величину потенциала металла, измеренную по отношению к электроду сравнения, называют электродным потенциалом.

Характеристики

Список файлов книги