Nr grupy: II / 1B |
Temat: Korozja elektrochemiczna metali. |
Data: 99. 12. 30 Ćw: |
Nazwisko i imię: Tomasz Musiał
|
Cel ćwiczenia :
Celem ćwiczenia jest poznanie zjawiska korozji elektrochemicznej w środowisku wodnym, jej przyczyn i przebiegu.
Korozja żelaza i cynku z depolaryzacją wodorową.
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.
Przyrządy i odczynniki:
Biurety : 2 szt.
Zlewki : 2 szt.
Lejki szklane : 2 szt.
Płytki : żelazna + cynkowa
Roztwór H2SO4 : 0,5 N
Stoper
Opracowanie wyników pomiarów:
Ilość wydzielonego wodoru V” obliczamy ze wzoru:
Cynk |
|
|
Żelazo |
|
|
t [min] |
VH2 [cm3] |
V" [cm3/cm2] |
t [min] |
VH2 [cm3] |
V" [cm3/cm2] |
0,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,5 |
3,2 |
0,061 |
5 |
0,5 |
0,009 |
1,0 |
5,9 |
0,112 |
10 |
1 |
0,019 |
1,5 |
7,6 |
0,144 |
15 |
1,5 |
0,028 |
2,0 |
9,3 |
0,176 |
20 |
2,1 |
0,039 |
2,5 |
11,5 |
0,218 |
25 |
3 |
0,056 |
3,0 |
13,0 |
0,246 |
30 |
3,7 |
0,069 |
3,5 |
14,7 |
0,278 |
35 |
4,5 |
0,083 |
4,0 |
16,6 |
0,314 |
40 |
5,5 |
0,102 |
4,5 |
18,9 |
0,358 |
45 |
6,5 |
0,120 |
5,0 |
20,8 |
0,394 |
50 |
7,6 |
0,141 |
5,5 |
22,2 |
0,420 |
60 |
8,7 |
0,161 |
6,0 |
24,1 |
0,456 |
|
|
|
6,5 |
25,9 |
0,491 |
|
|
|
7,0 |
27,5 |
0,521 |
|
|
|
7,5 |
29,2 |
0,553 |
|
|
|
8,0 |
30,9 |
0,585 |
|
|
|
8,5 |
33,0 |
0,625 |
|
|
|
9 |
34,9 |
0,661 |
|
|
|
9,5 |
36,5 |
0,691 |
|
|
|
10 |
38,9 |
0,737 |
|
|
|
10,5 |
40,9 |
0,775 |
|
|
|
|
Wymiary płytek [cm] |
Pow. płytki S [cm2] |
Masa płytki przed korozją m' [g] |
Masa płytki po korozji m"[g] |
Fe |
6 x 4,4 |
26,4 |
24,530 |
24,343 |
Zn |
5 x 5,3 |
26,5 |
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 dFe = 7,874 g/cm3, gęstość cynku dZn 7,133 g/cm3:
Zn
t = 10min = 0,167h
VH2=50 cm3
d H2 = 8,928 * 10-5 g/cm3
mH2 = 3,652 *10-3 g
nH2 = 1,826 *10-3 mola
W redukcji Zn = Zn2++ 2e wydzieli się 1,826 *10-3 mola cynku.
mZn= MZn * nZn = 65,37 * 1,826 *10-3 = 0,119g
VkorZn = mZn/2*S*t = 0,0002138 [g*cm-2 * h-1]
V'korZn = VkorZn / dZn = 2,998 * 10-5 [cm/h]
b) Fe
t = 60min = 1 h
VH2= 8,7 cm3
d H2 = 8,928 * 10-5 g/cm3
mH2 = 7,768 *10-4 g
nH2 = 3,884 *10-4 mola
W redukcji Fe = Fe2++ 2e wydzieli się 3,884 *10-4 mola żelaza.
mFe= MFe * nFe = 0,0217g
VkorFe = mFe/2*S*t = 4,108 *10-4 [g*cm-2 * h-1]
V'korFe = VkorFe / dFe = 5,217* 10-5 [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]
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.
Korozja na styku dwu metali.
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.
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
Opracowanie wyników pomiarów:
Zlewki |
Kolor |
Płytki |
Wymiary [cm] |
Powierzchnia S [cm2] |
Masa próbki przed korozją m' [g] |
Masa próbki po korozji m"[g] |
Ubytek masy dm [g] |
Ubytek masy próbki na jednostkę powierzchni dm(i)=dm/2S [g/cm2] |
I |
Brązowy osad |
Żelazna |
4,5x5 |
22,50 |
26,0204 |
25,962 |
0,0581 |
0,654 |
II |
Biały osad |
Żelazna |
4,5x6 |
27,00 |
31,9524 |
31,925 |
0,0271 |
0,365 |
|
|
Cynkowa |
4,5x6,0 |
27,00 |
28,031 |
27,741 |
0,29 |
3,915 |
III |
Brązowy osad |
Żelazna |
4,5x4,9 |
22,05 |
26,0302 |
25,963 |
0,0675 |
0,744 |
|
|
Miedziana |
4,5x5 |
22,50 |
7,604 |
7,420 |
0,192 |
2,16 |
Równania zachodzących reakcji:
Reakcje przebiegające na katodzie: 2H+ + 2e- = H2
Reakcje przebiegające na anodzie: Cu = Cu2+ + 2e-
Fe = Fe2+ + 2e-
Zn = Zn2+ + 2e-
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