LABORATORIUM CHEMII FIZYCZNEJ
Jaskóła Konrad W.M.N. - METALURGIA
data wykonania: 28.11. 2004	Nr ćwicz. : 21	Grupa nr: II	Zespół nr: 1
Temat Ćwiczenia:
KOROZJA KONTAKTOWA - DEPOLARYZACJA TLENOWA

Wstęp:

Podczas korozji elektrochemicznej metali w roztworach zawierających rozpuszczony tlen anodowemu roztwarzaniu metali :

M Mⁿ⁺ +ne

towarzyszą dwa procesy katodowe :

• Wydzielanie wodoru, czyli tzw. Depolaryzacja wodorowa : 2H⁺ + 2 e H₂

• Redukcja tlenu czyli tzw. Depolaryzacja tlenowa:

O₂ + 2H₂O + 4e 4 OH^-

W wyniku tych procesów następuje przepływ ładunków elektrycznych przez granicę faz : metal - środowisko korozyjne. W konsekwencji prowadzi to do wytworzenia się różnicy potencjałów pomiędzy metalem a elektrolitem, która nosi nazwę potencjału elektrody, a jego zmiana ma znaczący wpływ na szybkość przepływu ładunków.

Szybkość reakcji utleniania określamy jako prąd anodowy, a szybkość reakcji redukcji jako prąd katodowy, natomiast samą szybkość reakcji przedstawiamy jako natężenie prądu płynącego przez metal czyli elektrodę. Aby porównać szybkości procesów elektrodowych musimy zastosować wielkość zwaną gęstością prądu i (natężenie I / powierzchnię). Na skutek procesów katodowych i anodowych, czyli pod wpływem natężenia prądu, następuje ubytek masy, który podobnie jak natężenie, możemy obliczyć korzystając z prawa Faraday`a :

+m = k I t gdzie

+m - zmiana masy

I - natężenie prądu [A]

t - czas [s]

k - równoważnik chemiczny reagenta

k = M / z ^. F, przy czym M - masa molowa reagenta; z - elektronowość elementarnej reakcji elektrodowej (w naszym przypadku wynosi 2) ; F - stała Faraday`a (96500 C)

W przypadku gdy dwa różne metale stykają się ze sobą pozostając jednocześnie w elektrolicie zachodzi zjawisko zwane korozją kontaktową. Kontakt ten zmniejsza z reguły szybkość korozji jednego metalu i przyspiesza korozję drugiego, lub jeżeli oba metale są mniej szlachetne od wodoru to korodują równocześnie . Suma ilości przekorodowanych metali musi być stechiometrycznie równa ilości tlenu zredukowanego w procesie katodowym, podobnie jak suma prądów anodowych jest równa sumie prądów katodowych.

W wyniku zetknięcia się dwóch metali w środowisku korozyjnym ustala się potencjał korozyjny, różny od potencjałów metali nie stykających się ze sobą , w wyniku czego jeden koroduje szybciej a drugi wolniej.

Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest ustalenie wpływu kontaktów : Fe - Zn; Fe - Cu oraz stosunku wielkości powierzchni metali pozostających w kontakcie na szybkość korozji żelaza, cynku i miedzi w roztworze 3% względem chlorku sodu i 0,1% względem wody utlenionej H₂O₂

Opracowanie wyników i wykonanie ćwiczenia.

Aby przygotować elektrolit musieliśmy do kolby miarowej o poj. 2 dm³ odmierzyć 20 cm³ wody utlenionej oraz uzupełnić do kreski 3% NaCl. Następnie wyczyściliśmy blaszki Fe, Zn i Cu papierem ściernym , opłukaliśmy wodą ,alkoholem, wysuszyliśmy, zważyliśmy i po zmierzeniu powierzchni, dobraniu zestawów blaszek w stosunku pow. 1:10; 1:1; 10:1 Fe - Cu oraz Fe - Zn i ich połączeniu w odpowiednie zestawy, zanurzyliśmy w zlewkach wypełnionych elektrolitem o poj. 200cm³ na 45- 46 min. Następnie je wyciągnęliśmy, wysuszyliśmy i ponownie zważyliśmy a wyniki zostały zanotowane dołączonej w tabeli.

Obserwacje podczas reakcji w zestawach:

W pierwszym przypadku roztwór zmętniał , pojawił się delikatny osad tylko na blaszce Zn

W zestawie duża Zn małe Fe roztwór zmętniał, blaszki bez zmian.

W stosunku pow. 1:1 roztwór zmętniał, na Zn delikatny osad, na Fe można było zauważyć rdzę.

We wszystkich zestawach Cu - Fe roztwór przyjął pomarańczowe zabarwienie oraz zmętniał, Fe pordzewiało, Cu bez widocznej zmiany.

W zlewce gdzie znajdowała się sama blaszka miedzi roztwór zmienił kolor na lekko zielonkawy oraz delikatny nalot tego samego koloru na blaszce.

Na wolnym żelazie pojawiło się rdzawe zabarwienie, roztwór jasno- pomarańczowy.

W zlewce z Zn roztwór zmętniał a na blaszce pojawił się biały nalot.

Wykresy - zostały załączone na osobnych kartkach.

Omówienie :

Wpływu kontaktów cynku i miedzi na szybkość korozji żelaza z wykresów:

Z uzyskanych wykresów wynika że w kontakcie z cynkiem żelazo koroduje szybciej niż bez kontaktu tylko przy różnych stosunkach powierzchni kontaktowych metali, lecz w stosunku pow. Cynku do żelaza 10 : 1( czyli duża blaszka Zn i mała Fe) gęstość prądu korozyjnego jest mniejsza niż w stosunku 1 :10 (duża blaszka Fe, mała Zn ), natomiast jeżeli stosunek pow. Jest w przybliżeniu równy 1 to gęstość prądu korozyjnego żelaza spada niemalże do zera.

W kontakcie z miedzią gęstość prądu korozyjnego żelaza wzrasta niemalże liniowo w stosunku do kontaktujących się powierzchni , a najmniejsza jest w stosunku kontaktów pow. 1 :10 (mała miedz, duże żelazo), lecz w każdym stosunku gęstość ta jest wyższa niż żelaza bez kontaktu.

Wpływ kontaktów na szybkość korozji cynku i miedzi:

Cynk w kontakcie z żelazem koroduje szybciej niż bez kontaktu, ze wzrostem stosunku jego pow. Do pow. Żelaza gęstość jego prądu korozyjnego rośnie liniowo.

Kontakt miedzi i żelaza jest bardzo korzystny, ale niestety dla miedzi ponieważ koroduje ona w każdym stosunku pow. wolniej niż bez kontaktu.

Najsłabiej koroduje przy stosunku pow.miedzi do żelaza 10 : 1 i gęstość jest równa prawie zero, a najszybciej przy stosunku powieszchni 1 : 10.

Do ochrony żelaza przed korozją większe, wygodniejsze i bardziej praktyczne jest zastosowanie cynku ponieważ jest on tak samo metalem mniej szlachetnym od wodoru ,a przy takim samym stosunku powierzchni spowalnia on korozję żelaza oraz w przypadku pokrycia nim żelaza i wystąpienia nieszczelności w powłoce nieznacznie ją przyspieszy. Natomiast powłoka z miedzi w przypadku rozszczelnienia spowoduje w miejscu jej przerwania silną korozję metalu podłoża czyli w tym wypadku żelaza.

Przykłady obliczeń :

Do obliczeń natężenia prądu wykorzystałem przekształcony wzór prawa Faraday`a: m = k I t gdzie po podstawieniu za k i przekształceniu:

I= m z F / M t ( wzór był opisany wcześniej)

1.Obiczenia dla układu mała blaszka Fe i duża blaszka Zn

Pp_Fe=2*1,1*2,3+2*0,05*2,3+2*0,05*1,1=5,4cm²

Pp_Zn=2*(4,48*4,91+4,91*0,05+0,05*4,46)=44,737cm²

Δm_Fe=4,1014- 4,0993=0,0021[g]

Δm_Zn=12,1098-12,1021=0,0077[g]

I_Fe=(0,0021*2*96500)/(55,85*2760)=0,0026[A]

I_Zn=92*0,0027*96500)/(65,38*2760)=0,0082[A]

3

---