Radosław Smacki TM I Cb
Korozja
Teoria.
Korozja - to niszczenie tworzyw konstrukcyjnych pod wpływem chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z otaczającym środowiskiem. Niszczenie metali pod wpływem zjawisk fizycznych określa się jako erozję lub zużycie. W niektórych przypadkach zjawiskom fizycznym towarzyszy oddziaływanie chemiczne, wtedy występuje korozja cierna (frettingowa). Biorąc pod uwagę mechanizm niszczenia materiału, korozję dzielimy na: chemiczną (np.: wysokotemperaturowe utlenianie) i elektrochemiczną (np.: tzw. rdzewienie żelaza). W ujęciu elektrochemicznym korozja żelaza związana jest z powstaniem na powierzchni metalu wielu krótko zwartych ogniw galwanicznych, czyli obszarów różniących się w danej chwili potencjałem oksydacyjno-redukcyjnym.
Jakościowa metoda badania procesów korozji (metoda wskaźnikowa) pozwala stwierdzić, czy zachodzi proces korozji, przez stwierdzenie obecności jonów danego metalu w ośrodku korodującym po dodaniu odpowiednich substancji. Pozwala ona także określić położenie obszaru elektrody dodatniej i ujemnej, ponieważ w pobliżu tych miejsc występują różne zabarwienia wskaźnika. Obszary elektrody dodatniej i elektrody ujemnej wykrywa się za pomocą wskaźnika ferroksylowego, w przypadku korozji stopów żelaza. Po pokryciu powierzchni płytki żelaznej wskaźnikiem ferroksylowym w miejscach elektrody ujemnej występuje zabarwienie niebieskie, gdyż tworzy się błękit Turnbulla, a w miejscach elektrody dodatniej - zabarwienie różowe powstałe wskutek zwiększenia się stężenia jonów OH-. Przy badaniu stopów glinowych jako wskaźnika używa się alizaryny. Reakcję barwną o podobnym przebiegu otrzymuje się w przypadku stopów glinu.
2. Doświadczenia.
Doświadczenie 1
- wykrywa jony Fe
Przejście elektronów w procesie korozji zachodzi następująco:
- błękit Turnbulla
1) Dla gwoździa owiniętego folią aluminiową:
Aluminium chroni żelazo przed korozją, dlatego że ma większy potencjał standartowy od żelaza i stanowi ono powłokę czynną, chroniąc przedmiot przed korozją nawet jeżeli nie jest on szczelnie osłonięty. Powłoki także wykonuje się z metali położonych na lewo od żelaza w szeregu napięciowym. Jeżeli utworzy się ogniwo korozyjne to elektrodą ujemną będzie metal stanowiący powłokę i on będzie ulegał utlenianiu.
2) Dla gwoździa folią miedzianą:
Miedź nie chroni żelaza, gdyż posiada ona niższy od niego potencjał standartowy i jest ona mniej reaktywnym metalem w szeregu napięciowym.
3) Dla gwoździa obwiniętego ołowiem:
Jeżeli to ołów ma wyższy potencjał standartowy, czyli , natomiast jeżeli to żelazo ma niższy potencjał standartowy i wówczas ołów chroni żelazo.
Doświadczenie 2
Na powierzchni płytki stalowej oczyszczonej papierem ściernym i odtłuszczonej acetonem umieszczono dużą kroplę indykatora ferroksylowego. Po czasie t = 30s zaobserwowano:
Żelazo metaliczne przechodzi w jony Fe2+ i pojawia się intensywny niebieski kolor będący wskaźnikiem jonów.
Duże obiekty stalowe narażone na intensywną korozję (np. statki ) chroni się za pomocą protektorów. Są to blachy lub sztaby wykonane z aktywnych metali magnezu lub cynku połączone elektrycznie z chronionym obiektem w pobliżu miejsc szczególnie zagrożonych korozją. W utworzonym w ten sposób ogniwie elektrodą ujemną jest protektor i on, a nie chroniony obiekt ulega korozji. Po jego zużyciu wymienia się go na nowy. Następną metodą ochrony przed korozją jest metoda katodowa - w zbiorniku umieszcza się pręt grafitowy (połączony z dodatnim źródłem prądu stałego), a ścianką zbiornika (połączony z ujemnym źródłem prądu stałego).
Doświadczenie 3
Do 1/5 objętości probówki wlano chlorek miedzi (II) i wrzucono gwóźdź stalowy.
Równania reakcji:
1)
2) - reakcja nie zachodzi
3)
4) - reakcja nie zachodzi
5)
Powstałe barwy roztworów można wyjaśnić obecnością odpowiednich jonów w roztworze. I tak np. dla 5. reakcji niebieska barwa roztworu jest spowodowana obecnością jonów Cu2+ itd.