Паршин А.Г., Пахомов В.С., Лебедев Д.Л. - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии (1093328), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Обычно в качестве электрода сравнения применяют во­дородный электрод, потенциал которого при любой темпера­туре принимают равным нулю. Однако водородный электрод не удобен в работе и на практике чаще используют другие электроды сравнения, например, насыщенный хлорсеребряный электрод, потенциал которого точно измерен по отношению к водородному электроду и равен +200 мВ при комнатной тем­пературе.

Для того, чтобы пересчитать потенциал металла, изме­ренный относительно хлорсеребряного электрода, по отноше­нию к водородному электроду, достаточно к потенциалу ме­талла, взятому со своим знаком, алгебраически прибавить по­тенциал хлорсеребряного электрода, т.е. +200 мВ:

(3.6)

где - потенциал металла по водородному электроду, мВ;

- потенциал металла по хлорсеребряному электроду, мВ;

- потенциал хлорсеребряного электрода (+200 мВ).

Перед проведением работы следует ознакомиться со сле­дующими вопросами:

1. Измерение потенциалов металлов (методы и электроды сравнения).

2.Равновесные и неравновесные потенциалы; ряд стандартных электродных потенциалов.

3. Измерение потенциалов металлов в зависимости от состава и концентрации электролита.

3.3.Проведение работы

Электродные потенциалы меди, железа и алюминия оп­ределяют в следующих электролитах:

медь: CuS0₄ - 1М; 0,1М; 0,01М; 0,001М,

H₂S0₄- 0,5М,

NaOH- 0,5М,

NH₄ОH - 0,5М,

железо: NaOH- 0,5М,

NaCl - 0,5М,

К₂Сr₂O₇ - 0,5М,

алюминий: NaCl - 0,5М,

К₂Сr₂O₇ - 0,5М.

Электроды (кроме алюминия) очищают наждачной бума­гой, протирают ватой, смоченной ацетоном, и закрепляют в клеммах, установленных в изолирующих пластинках.

Потенциалы измеряют с помощью универсального иономера типа ЭВ-74. Предварительно ознакомившись с работой иономера (приложение 4), для измерения потенциалов соби­рают гальваническую цепь (рис.3) из исследуемого электрода, опущенного в соответствующий электролит, и хлорсеребряного электрода, помещенного в насыщенный раствор КСl, соеди­нив растворы сифоном, заполненным насыщенным раствором КСl. Величина Э.Д.С. составленного гальванического элемента одновременно является электродным потенциалом исследуе­мого металла по отношению к хлорсеребряному электроду.

Э.Д.С. составленных гальванических элементов измеря­ют, поочередно опуская рабочие электроды в раствор и под­ключая их к иономеру. Порядок измерения описан в инструк­ции (см. приложение 4).

1 - милливольтметр; 2 - контактная клемма; 3 - изолирую­щая пластина; 4 - электролитический мостик; 5 - хлорсеребряный электрод сравнения; 6 - раствор КСl; 7 - стек­лянный стакан; 8 - рабочий электрод; 9 - рабочий электрод; 10 - коаксильный кабель

Рис.3. Схема установки для измерения электродных потенциалов

После определения величины потенциала электрод от­ключают от измерительной схемы (но не вынимают из раство­ра), подключают следующий электрод и ведут измерение та­ким же образом.

При переносе сифона из одного раствора в другой конец его, погружаемый в раствор, нужно обмыть струёй дистилли­рованной воды, пользуясь промывалкой.

Для изучения кинетики изменения потенциалов иссле­дуемых металлов измеряют их начальные потенциалы (сразу же после погружения образцов в электролит), затем, спустя 30 мин от начала опыта и вновь, спустя 60 мин от начала опыта. Величины измеренных потенциалов с учетом их знаков заносят в табл. 3.1.

В 3, 4 и 5-й графах таблицы записывают измеренные зна­чения потенциалов в милливольтах по хлорсеребряному элек­троду. В 6, 7 и 8-й графах - вычисленные потенциалы металлов относительно водородного электрода.

З.4. Обработка опытных данных

Результаты работы представляют в табл. 3.1, а также в виде графика: экспериментальная и теоретическая (рассчитан­ная по формуле Нернста) зависимость величины потенциала медного электрода в растворах сульфата меди от логарифма активности ионов металла в электролите.

3.5. Вопросы для самоконтроля

1. Какие системы в электрохимии называют равновесными?

2. В каких условиях возникают неравновесные (необратимые) потенциалы?

3. Как определить значение стандартного окислительно-восстанови-тельного потенциала системы по графику зависимости ?

4. Почему электродный потенциал железа в растворе NaOH со временем становится более положительным, а потенциал меди в растворе практически не меняется во времени (см. экспериментальные результаты)?

5. Напишите электрохимические реакции, протекающие на железном электроде в растворе Nad. Какой при этом уста­навливается потенциал - равновесный (обратимый) или не­равновесный (необратимый)?

Библиографический список

1. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. -М.:Металлургия, 1980. С. 149-188, 341-369.

2. Пахомов B.C. Коррозия и защита химической аппаратуры. Электрохимическая коррозия металлов: Учебное пособие. -М.: МИХМ, 1983.- 80 с.

Лабораторная работа 4

КОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ И КАТОДНАЯ ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ

4.1. Цель работы

Изучение явления контактной коррозии металлов, озна­комление с методом катодной электрохимической защиты с помощью протектора и поляризации от внешнего источника тока.

4.2. Теория вопроса

4.2.1. Контактная коррозия.

Контактной коррозией называют электрохимическую коррозию металлов, имеющих разные электродные (коррози­онные) потенциалы и находящихся в растворе электролита в контакте друг с другом.

Металл, погруженный в раствор электролита, в котором он термодинамически неустойчив (т.е., если в растворе имеет­ся окислитель, равновесный потенциал которого более поло­жительный, чем равновесный потенциал металла в данных условиях), подвергается электрохимической коррозии. При этом на поверхности металла протекают анодная реакция рас­творения металла и катодная реакция восстановления окисли­теля. Коррелирующая поверхность приобретает некоторый компромиссный электродный потенциал (потенциал корро­зии), при котором скорость растворения металла (анодный ток) равна скорости восстановления окислителя (катодный ток).

При замыкании в растворе электролита двух металлов, имеющих в данных условиях разные потенциалы коррозии, образуется гальваническая пара.

Для правильного понимания процессов, протекающих в такой паре, целесообразно провести анализ ее работы с по­мощью поляризационной диаграммы (рис.4). Пусть металлы "1" и "2", имеющие в данных условиях равновесные потен­циалы и , погружены в раствор, в котором присутст­вует окислитель с равновесным потенциалом . Если элек­трического контакта между металлами нет, то точки (1 и 2) пересечения анодных (линии а₁ и а₂) и катодных (линии К₁ и К₂) поляризационных кривых для каждого из металлов отве­чают условию стационарности коррозионного потенциала (I_a = I_k) и потому определяют величины исходных скоростей коррозии (I_кор1, I_кор2) и потенциалов коррозии (_κορ1, _κορ2) ме­таллов.

Если металлы "1" и "2" коротко замкнуть , т.е. привести в контакт (электрически соединить), то в случае, когда омиче­ское сопротивление раствора пренебрежимо мало, контакти­рующие металлы должны приобрести некоторый одинаковый компромиссный потенциал φ_. Величина этого потенциала может быть найдена графически из условия стационарности электродного потенциала - сумма всех анодных токов должна быть равна сумме всех катодных токов

ΣΙ_а =ΣΙ_к (4.1)

Для этого необходимо провести графическое суммиро­вание парциальных анодных (линии а₁ и а₂) и катодных (ли­нии Κ₁ и К₂) поляризационных кривых. Точка пересечения () суммарной анодной поляризационной кривой (а_) и суммар­ной катодной поляризационной кривой (К_) отвечает равенству (4.1), а ее абсцисса является искомым компромиссным по­тенциалом _.

Установившийся в короткозамкнутой двухэлектродной системе компромиссный потенциал _ имеет значение, про­межуточное между первоначальными потенциалами коррозии металлов _κορ1 < _κορ2. Таким образом, в результате контакта происходит смещение потенциала коррозии более электроот­рицательного металла "1" (анодного металла) в положитель­ную сторону - анодная поляризация, и смещение потенциала коррозии более электроположительного металла "2" (катодно­го металла) в отрицательную сторону - катодная поляризация. Это приводит к соответствующему изменению скоростей анодных и катодных электродных процессов на контакти­рующих металлах. Действительно, при новом общем потен­циале _ металл "1" будет растворяться (коррелировать) со скоростью Ι^’_a1, большей, чем скорость его коррозии до кон­такта I_кор1 - Металл "2", наоборот, при контакте растворяется со скоростью I^’_a2 меньшей, чем скорость его коррозии до кон­такта I_кор2. Таким образом, растворение анодного металла уве­личивается, а катодного - уменьшается.

Если общий потенциал макропары _ будет меньше рав­новесного потенциала катодного металла , то растворение (коррозия) этого металла "2" прекратится вовсе.

При установившемся потенциале макропары _ на изна­чально более электроотрицательном металле "1" скорость анодного процесса Ι^’_a1 существенно больше скорости катод­ного процесса Ι^’_k1 , а на изначально более электроположи­тельном металле "2" скорость катодного процесса Ι^’_k2 значи­тельно больше скорости анодного процесса Ι^’_a2.

Разница в скоростях катодного и анодного процессов для каждого металла является внешним током, который данный металл направляет другому (или принимает от него), и представляет собой, по существу, поток электронов от анод­ного металла к катодному

(4.2)

Для двухэлектродной системы внешние токи каждого из металлов равны по абсолютной величине и противоположны по направлению. В данном случае внешний ток металла "I" будет анодным, а металла "2" - катодным. Таким образом, в гальванической макропаре металл "1" работает анодом, а ме­талл "2" - катодом. За счет внешнего тока и осуществляется соответствующая поляризация электродов.

В случае заметного омического сопротивления агрес­сивной среды рассматриваемая двухэлектродная система уже не является полностью заполяризованной - общий потенциал не устанавливается. Металлы макропары приобретают новые индивидуальные электродные потенциалы ^”_κορ1 и ^”_κορ2. При этом _κορ1 < ^”_κορ1 < ^”_κορ2 <_κορ2. Разность потенциалов  = ^”_κορ2 - ^”_κορ1 пропорциональна омическому сопротив­лению раствора и величине внешнего тока макропары.

Характеристики

Список файлов книги