Ćwiczenie nr 3a: Korozja elektrochemiczna
Opracował dr inż. Bogusław Mazurkiewicz
1. Cel ćwiczenia
Wyznaczenie wskaźników korozji cynku przy korozji z depolaryzacją wodorową metodą wagową i szybkości korozji z pomiaru objętości wodoru redukowanego w reakcji katodowej.
Określenie polaryzowalności metali w krótkozwartym ogniwie korozyjnym poprzez pomiar potencjału własnego metali i pary galwanicznej.
Określenie roli tlenu w procesie katodowym korozji żelaza poprzez pomiar siły elektromotorycznej ogniwa o różnym stopniu napowietrzenia obszarów przy elektrodach.
Określenie stopnia spasywowania stali w reakcji chemicznej pasywacji stężonym kwasem azotowym (V).
2. Literatura:
Praca zbiorowa pod red. K. Moskwy: Ćwiczenia laboratoryjne z chemii z elementami teorii i obliczeń dla mechaników, Skrypt AGH nr 1478 str. 142 - 154, Kraków 2000
Praca zbiorowa pod red. J. Banasia i W. Solarskiego: Chemia dla inżynierów, AGH OEN, Kraków 2000, rozdz. VII.
3. Zagadnienia do opracowania
Wyjaśnić proces tworzenia rdzy w korozji atmosferycznej (zapisać reakcje anodowe i katodowe).
Czym jest stan pasywny metalu, jakie metale i stopy mogą się pasywować.
Wyjaśnić na czym polega korozja elektrochemiczna.
Zapisać procesy elektrodowe w korozji z depolaryzacją wodorową.
Podać reakcje katodowe i anodowe w makroogniwie Fe-Zn i Fe-Cu w roztworze H2SO4.
W jakich warunkach może wystąpić korozja lokalna i na czym polega.
Jaką rolę w szybkości korozji odgrywa polaryzacja elektrod ogniwa korozyjnego.
Zdefiniować rodzaje korozji.
Imię i nazwisko: |
Wydział: Grupa studencka: Zespół: |
Data wykonania ćwiczenia:
|
|
|
Ocena:
|
Ćwiczenie nr 3a: Korozja elektrochemiczna |
||
1. Wykonanie ćwiczenia i opracowanie wyników.
Uwaga
W wykonywanych ćwiczeniach zaniedbujemy udział tlenu powietrza w procesach elektrochemicznych.
Ćwiczenie 1. Korozja z depolaryzacją wodorową
Sprzęt: - blaszki Zn
biureta
pompka gumowa
zlewki
waga analityczna
Odczynniki: -1M H2SO4
- alkohol etylowy
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie szybkości korozji cynku w kwasie siarkowym (VI).
Opis ćwiczenia:
Jak wynika z reakcji elektrodowych ilość skorodowanego w procesie anodowym cynku jest równoważna do ilości wodoru wydzielonego w reakcji katodowej przy założeniu, że obie reakcje są jedynymi procesami elektrodowymi. Można, zatem określić szybkość korozji cynku bezpośrednio z ubytku masy próbek jak i pośrednio z objętości wydzielonego wodoru.
W tym celu czyścimy papierem ściernym próbki mierzymy wymiary geometryczne metalu przemywamy wodą, alkoholem, suszymy i ważymy na wadze analitycznej. Następnie próbki cynku umieszczamy w układzie pomiarowym wg schematu na rys. X.8. [1].
Po nalaniu kwasu do zlewki, roztwór zasysa się gumową gruszką do biurety i zamyka kran. Od tego momentu należy notować poziom roztworu w biurecie np. co 2 minuty, aż do wypełnienia objętości biurety wodorem. Po pomiarze próbkę wyjmuje się z roztworu, przemywa strumieniem wody, usuwa się z powierzchni produkty korozji, przemywa alkoholem, suszy, a następnie waży się na wadze analitycznej. Wyniki pomiarów zanotować w tablicy wg wzoru:
Tablica 1. Wyznaczanie wskaźników szybkości korozji z pomiaru ubytku masy próbek
|
czas [min] |
m1 [g] |
m2 [g] |
m [g] |
pow. s [mm2] |
Vc [g/m2doba] |
Vp [mm/rok] |
Zn |
|
|
|
|
|
|
|
Tablica 2. Kinetyka szybkości korozji
Czas [min] |
Odczyt poziomu z biurety [cm3] |
Objętość wodoru [cm3] |
ilość moli H2 |
Równoważna masa Zn [g] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uwaga:
Zmierzoną w doświadczeniu objętość wodoru należy traktować orientacyjnie.
W dokładniejszych pomiarach powinno się uwzględnić prężność pary wodnej nad roztworem w biurecie oraz hydrostatyczne ciśnienie słupa cieczy w biurecie.
Opracowanie wyników
ad. ćw. 1.
Narysować wykres zależności objętości wydzielonego wodoru od czasu korozji cynku.
(miejsce na wykres)
Kinetyka wydzielania wodoru podczas korozji cynku
Obliczyć wskaźniki szybkości korozji cynku Vc i Vp przyjmując odpowiednio gęstość dla cynku d = 7,14 g/cm3 i wpisać do tablicy 1.
jednostka ubytku masy - Vc- wyraża ubytek 1 grama metalu na metr kwadratowy powierzchni i na dobę. Średnią szybkość korozji Vc oblicza się ze wzoru:
m - różnica masy próbki przed i po próbie korozyjnej [g]
s - powierzchnia próbki [m2]
t - czas trwania próby korozyjnej [doba]
jednostka szybkości przeciętnego zużycia przekroju - Vp - jako zmniejszenie wymiaru poprzecznego próbki o 1 mm w ciągu roku. Średnią szybkość korozji Vp oblicza się ze średniej szybkości masowej Vc wg wzoru:
Porównać szybkość korozji wyznaczoną metodą grawimetryczną i obliczoną na podstawie objętości gazowego wodoru wydzielonego w czasie reakcji.
Ćwiczenie 2. Korozja kontaktowa
Sprzęt: - elektrody Fe, Cu, Zn
- elektroda kalomelowa
- cyfrowy miernik potencjału
- układ pomiarowy wg schematu (rys. X. 9) [1].
- klucz (mostek) elektrolityczny
Odczynniki: - 0,1M H2SO4
- alkohol etylowy
Opis ćwiczenia:
Oczyścić elektrody papierem ściernym, przemyć wodą i alkoholem etylowym.
W układzie pomiarowym wg rys. X.9 [1] umieścić kolejno elektrody: żelazną i miedzianą oraz żelazną i cynkową (stosunek powierzchni 1:1).
- zmierzyć potencjał elektrody Fe,
- zmierzyć potencjał elektrody Cu,
- zmierzyć potencjał krótko zwartego ogniwa Fe-Cu,
- analogicznie zmierzyć potencjał Fe, Zn i ogniwa Fe-Zn.
Tablica 3. Wartości potencjału metali względem NEK
metal |
potencjał [V] |
metal |
potencjał [V] |
Fe |
|
Fe |
|
Cu |
|
Zn |
|
Fe-Cu |
|
Fe-Zn |
|
Opracowanie wyników
ad. ćw. 2.
Wyniki pomiarów przedstawić w formie wykresu E = f(R), przyjmując dwie wartości rezystancji ogniwa: R = dla ogniwa otwartego i R = 0 dla ogniwa krótko zwartego. Przy sporządzaniu diagramu oprzeć się na przykładzie (rys. X.10.).
(miejsce na wykresy)
ogniwo Fe-Cu ogniwo Fe-Zn
Ćwiczenie 3. Pomiar SEM korozyjnego ogniwa stężeniowego (tlenowego)
Sprzęt: - 2 elektrody stalowe
2 zlewki
cyfrowy miernik potencjału
klucz (mostek) elektrolityczny
przewody elektryczne
rurka doprowadzająca powietrze
papier ścierny
pompka
Odczynniki: - 1M NaCl
- alkohol etylowy
Opis ćwiczenia
Elektrody oczyścić papierem ściernym, przemyć wodą, a następnie alkoholem. Zbudować ogniwo wg shematu (rys.X.11.)[1] i zmierzyć SEM ogniwa. Następnie włączyć pompkę doprowadzającą powietrze do jednej z elektrod i po ustaleniu się potencjału odczytać wartość SEM ogniwa.
Tablica 4. Wartości SEM stężeniowego ogniwa tlenowego
ogniwo |
SEM [V] |
Fe NaCl Fe |
|
Fe NaCl Fe (O2) |
|
Opracowanie wyników
ad. ćw. 3.
Określić wpływ doprowadzanego powietrza (tlenu) na SEM ogniwa
Określić, która elektroda jest katodą, a która anodą ogniwa korozyjnego
Określić ilość produktów korozji (osadu rdzy) w zlewkach.
1
Wyszukiwarka