Nr grupy: II / 1B	Temat: Korozja elektrochemiczna metali.
Data: 99. 12. 30 Ćw:	Nazwisko i imię: Chruniak Bogusław Kloc Piotr

1. Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest poznanie zjawiska korozji elektrochemicznej w środowisku wodnym, jej przyczyn i przebiegu.

Korozja żelaza i cynku z depolaryzacją wodorową.

2. Wykonanie:

Płytki metalowe oczyszczamy drobnoziarnistym papierem ściernym, aby były gładkie, czyste i odtłuszczone. Mierzymy powierzchnię probówek. Na dnie zlewek umieszczamy pionowo w specjalnych uchwytach płytki żelazną i cynkową. Do zlewek wlewamy roztwór kwasu. Umieszczone w statywie biurety połączone są ze szklanymi lejkami. Zanurzamy w roztworze lejek tak, aby przykrył całą płytkę i za pomocą gruszki wciągamy roztwór do biurety, w razie potrzeby uzupełniamy roztwór w zlewce. Zamykamy kran w biurecie. Odczytujemy odczytujemy poziom roztworu w biurecie ( poziom zerowy ). Wydzielający się wodór wypycha ciecz z biurety. Notujemy poziom roztworu w biurecie co pewien czas. To samo robimy dla drugiej płytki metalowej. Po zakończeniu pomiarów otwieramy kran w biurecie i wylewamy roztwór.

3. Przyrządy i odczynniki:

Biurety : 2 szt.

Zlewki : 2 szt.

Lejki szklane : 2 szt.

Płytki : żelazna + cynkowa

Roztwór H₂SO₄ : 0,5 N

Stoper

4. Opracowanie wyników pomiarów:

Ilość wydzielonego wodoru V” obliczamy ze wzoru:

Cynk			Żelazo
t [min]	VH2 [cm^3]	V" [cm^3/cm^2]	t [min]	VH2 [cm^3]	V" [cm^3/cm^2]
0,0	0,0	0,000	0	0	0,000
0,5	4,0	0,076	10	1,4	0,026
1,0	6,0	0,114	20	3,5	0,065
1,5	8,5	0,161	30	5,6	0,104
2,0	11,2	0,212	40	9,95	0,184
2,5	14,1	0,267
3,0	17,0	0,322
3,5	19,0	0,360
4,0	22,3	0,422
4,5	25,6	0,485
5,0	28,5	0,540
5,5	31,9	0,604
6,0	35,8	0,678
6,5	37,6	0,712
7,0	41,2	0,780
7,5	44,5	0,843
8,0	47,4	0,898
8,5	50,0	0,947

	Wymiary płytek [cm]	Pow. płytki S [cm2]	Masa płytki przed korozją m' [g]	Masa płytki po korozji m"[g]
Fe	6 x 4,5	27,0	24,530	24,343
Zn	6 x 4,4	26,4	25,187	25,034

Na podstawie ilości wydzielonego w reakcji wodoru obliczamy szybkość korozji żelaza i cynku wyrażoną jako ubytek masy metalu (
) oraz ubytek grubości metalu (
). Przyjmuję gęstość żelaza d_Fe = 7,874 g/cm³, gęstość cynku d_Zn 7,133 g/cm³:

1. Zn

t = 8,5min = 0,142 h

V_H2=50 cm³

d _H2 = 8,991 * 10^-5 g/cm³

mH₂ = 4,495 *10^-3 g

nH₂ = 2,248 *10^-3 mola

W redukcji Zn = Zn²⁺+ 2e wydzieli się 2,248 *10^-3 mola cynku.

m_Zn= M_Zn * n_Zn = 65,37 * 2,248 *10^-3 = 0,147g

Vkor_Zn = m_Zn/2*S*t = 0,0196 [g*cm^-2 * h^-1]

V'kor_Zn = Vkor_Zn / d_Zn = 2,749 * 10^-3 [cm/h]

b) Fe

t = 40min = 0,667 h

V_H2=9,95 cm³

d _H2 = 8,955 * 10^-4 g/cm³

mH₂ = 8,910 *10^-3 g

nH₂ = 4,455 *10^-3 mola

W redukcji Fe = Fe²⁺+ 2e wydzieli się 4,455 *10^-3 mola żelaza.

M_Fe= M_Fe * n_Fe = 0,249g

Vkor_Fe = m_Fe/2*S*t = 6,913 *10^-3 [g*cm^-2 * h^-1]

V'kor_Fe = Vkor_Fe / d_Fe = 8,780 * 10^-4 [cm/h]

Na podstawie prawa Faradaya obliczamy szybkość korozji cynku i żelaza:

z = 2, F =26,8[Ah/wal]

Obliczamy nadnapięcie wydziela wodoru na żelazie i cynku:

i₀ Fe = 10^-6 [A/cm²]

i₀ Zn = 10^-11 [A/cm²]

5. Wnioski:

Nadnapięcie wydzielania wodoru na cynku jest tak duże, że proces korozji cynku przebiega z kontrolą katodową. Natomiast w przypadku korozji żelaza występuje kontrola mieszana. Obecność w metalu zanieczyszczeń o małym nadnapięciu wydzielania wodoru sprzyja zwiększeniu szybkości jego korozji w kwasach. Cynk zanieczyszczony żelazem koroduje szybciej niż metal czysty. Stal wysokowęglowa rozpuszcza się w kwasach nieutleniających szybciej niż niż stal niskostopowa. W stali aktywnymi katodami, jeśli idzie o redukcję jonów wodorowych, są siarczki, węgliki, cementyt. Również pewne dodatki stopowe mogą zwiększyć szybkość korozji z depolaryzacją wodorową.

Korozja na styku dwu metali.

1. Wykonanie:

Płytki metalowe powinny być gładkie, czyste i odtłuszczone. Mierzymy po­wierzchnię płytek żelaznych i ważymy je na wadze analitycznej. Sporządzamy 500 cm³ roztworu zawierającego ok. 3% NaCl i 0,l% H₂O₂. Przyjmujemy gęstość 30% roztw. H₂O₂ równą 1 g/cm³. W zlewkach umieszczamy pionowo kolejno: płytkę żelazna płytkę żelazną i cynkową Oraz płytkę żelazną i miedzianą. Płytki żelazna i cynkowa oraz żelazna i miedziana powinny stykać się ze sobą. Natleniony roztwór NaCI wlewamy do zlewek tak, aby płytki były całkowicie zanurzone. Notujemy czas. Po 1,5 godziny zlewamy roztwór, płytki myjemy dokładnie pod wodą i wycieramy bibułą tak, aby usunąć całkowicie produkty korozji. Po dokład­nym wysuszeniu płytki ważymy na wadze analitycznej.

2. Przyrządy i odczynniki:

Kolba miarowa : 1 szt.

Zlewki : 3 szt.

Pipeta miarowa : 1 szt.

Płytki:

żelazna : 3 szt.

cynkowa : 1 szt.

miedziana : 1 szt.

Roztwór NaCl : 3%

Roztwór H₂O₂ : 30%

Papier ścierny drobnoziarnisty

3. Opracowanie wyników pomiarów:

Zlewki	Płytki	Wymiary [cm]	Powierzchnia S [cm^2]	Masa próbki przed korozją m' [g]	Masa próbki po korozji m"[g]	Ubytek masy Δm [g]	Ubytek masy próbki na jednostkę powierzchni Δm(i)=dm/2S [g/cm^2]
I	Żelazna	4,5x6	27,00	31,063	30,544	0,519	0,009611
II	Żelazna	4,5x5	22,50	25,277	25,122	0,155	0,003444
	Cynkowa	4,9x5,4	26,46	33,474	33,192	0,282	0,005328
III	Żelazna	4,2x6	25,20	28,424	28,281	0,143	0,002837
	Miedziana	4,5x5	22,50	7,604	7,420	0,192	0,004267

Równania zachodzących reakcji:

Reakcje przebiegające na katodzie: 2H⁺ + 2e^- = H₂

Reakcje przebiegające na anodzie: Cu = Cu²⁺ + 2e^-

Fe = Fe²⁺ + 2e^-

Zn = Zn²⁺ + 2e^-

4. Wnioski:

Stwierdzamy, że szybkość korozji płytki żelaznej połączonej z inna płytka, np. cynkową, jest mniejsza, niż szybkość korozji płytki umieszczonej w roztworze pojedynczo. Wynika to stąd, że jeżeli do płytki żelaznej dołączymy inny, bardziej aktywny metal, np. cynk, szybkość korozji żelaza maleje w połączeniu z cynkiem. Natomiast szybkość korozji płytki żelaznej w połączeniu z płytką miedzianą wzrasta w stosunku do poprzednio opisanej sytuacji (Fe - Zn).

1

5

---