Metalurgia 17 styczeń

Grupa: III Rok akad. 2002/03

Zespół nr:10

Ćwiczenie nr:19

Temat: Kinetyka kwasowego roztwarzania metali

- inhibitory

Adam Mazgaj

1.Wstęp teoretyczny :

Stal węglowa w zetknięciu z rozcieńczonymi kwasami roztwarza się. Proces ten opisuje równanie , będące sumą elementarnych reakcji elektrodowych:

Fe Fe²⁺ + 2e

2H⁺ + 2e H₂

reakcja sumaryczna: Fe + 2H⁺ Fe²⁺ + H₂

Proces korozji może przebiegać bez zahamowań , jeżeli jony żelazawe tworzą z obecnymi w roztworze anionami dobrze rozpuszczalne sole. Wytrącenie się na powierzchni metalu trudno rozpuszczalnych produktów korozji powoduje zwolnienie a nawet zatrzymanie procesu . W przypadku oddziaływania stężonymi kwasami utleniającymi stal , np. stężonym kwasem azotowym. W wyniku reakcji na powierzchni metalu powstaje cienka warstewka tlenkowa uniemożliwiająca dalszą korozje (pasywacja metalu).

Inhibitory są to związki organiczne , które po dodaniu (nawet w niewielkich ilościach) do rozcieńczonych roztworów kwasów, mogą powodować zmniejszenie szybkości reakcji. Mechanizm działania inhibitorów tłumaczy się ich adsorbcją na powierzchni metalu, co zmniejsza ilość miejsc w których może zajść korozja , tym samym zmniejsza się więc polaryzacja. Inhibitorami kwasowego trawienia metali są zazwyczaj związki o polarnej budowie cząsteczki , łatwo adsorbowane na powierzchni metalu. Należy podkreślić że ten sam inhibitor może w różnym stopniu hamować reakcję, zależnie od rodzaju kwasu . Wiąże się to z aktywnym działaniem anionów w procesach adsorbcyjnych . Działanie inhibitujące jest również zależne od rodzaju metalu.

2.Cel ćwiczenia:

Ustalenie wpływu stężenia tiomocznika na szybkość korozji stali w 10% kwasie siarkowym. Stężenia tiomocznika: 0,001 g/l ;1,01 g/l ; 0,1 g/l .

3.Obliczenia:

Temperatura w laboratorium: 20 stC

Ciśnienie w laboratorium: 745 mmHg

1[ml]=11,6[mm] dla każdej biurety

pH2O/H2SO4=15,4[mmHg]

dH2SO4=1,14[g/cm3]

h' - część „martwa”

Masa badanych próbek Fe przed doświadczeniem i po przeprowadzeniu reakcji :

Bez inhibitora : 16,1069 - 16,0618

Z małą ilością inhibitora : 16,0146 - 16,4526

Ze średnią ilością inhibitora : 15,5896 - 15,5468

Z dużą ilością inhibitora : 15,9252 - 15,8658

1.Tabelka dla przypadku bez inhibitora:

	Objętość gazu w biurecie V [ml]	Wysokość słupa cieczy w biurecie h [cm]	Ciśnienie wodoru PH2 [mm Hg]	Ilość moli wydzielonego wodoru nH2	Masa przekorodowanego żelaza mFe [g]	Masa przekorodowanego żelaza na jednostkę powierzchni K [g/cm^2]
Czas w sekundach
0	0	73,0	669,6	0,000000	0,0000	0,000000
300	0,7	72,2	670,2	0,000026	0,0014	0,000019
600	1,6	71,1	671,1	0,000059	0,0033	0,000044
900	2,4	70,2	671,8	0,000088	0,0049	0,000066
1200	3,1	69,4	672,5	0,000114	0,0064	0,000086
1500	3,8	68,6	673,2	0,000140	0,0078	0,000105
1800	4,5	67,8	673,9	0,000166	0,0093	0,000124
2100	5,3	66,9	674,6	0,000196	0,0109	0,000147
2400	5,9	66,2	675,2	0,000218	0,0122	0,000163

Wykres szybkości korozji:

2.Tabelka dla przypadku z małą ilością inhibitora

	Objętość gazu w biurecie V [ml]	Wysokość słupa cieczy w biurecie h [cm]	Ciśnienie wodoru PH2 [mm Hg]	Ilość moli wydzielonego wodoru nH2	Masa przekorodowanego żelaza mFe [g]	Masa przekorodowanego żelaza na jednostkę powierzchni K [g/cm^2]
Czas w sekundach
0	0	72,9	669,7	0,000000	0,0000	0,000000
300	0,7	72,1	670,3	0,000026	0,0014	0,000019
600	1,2	71,5	670,8	0,000044	0,0025	0,000033
900	1,6	71,0	671,2	0,000059	0,0033	0,000044
1200	2,1	70,4	671,7	0,000077	0,0043	0,000058
1500	2,5	70,0	672,0	0,000092	0,0051	0,000069
1800	2,9	69,5	672,4	0,000107	0,0060	0,000080
2100	3,4	68,9	672,9	0,000125	0,0070	0,000093
2400	3,8	68,5	673,3	0,000140	0,0078	0,000104

Wykres szybkości korozji:

Tabelka dla przypadku ze średnią ilością inhibitora:

	Objętość gazu w biurecie V [ml]	Wysokość słupa cieczy w biurecie h [cm]	Ciśnienie wodoru PH2 [mm Hg]	Ilość moli wydzielonego wodoru nH2	Masa przekorodowanego żelaza mFe [g]	Masa przekorodowanego żelaza na jednostkę powierzchni K [g/cm^2]
Czas w sekundach
0	0	73,0	669,6	0,000000	0,0000	0,0000000
300	1	71,8	670,5	0,000037	0,0020	0,0000282
600	2,3	70,3	671,8	0,000085	0,0047	0,0000651
900	2,7	69,9	672,1	0,000099	0,0055	0,0000764
1200	4,2	68,1	673,6	0,000155	0,0086	0,0001192
1500	4,4	67,9	673,8	0,000162	0,0091	0,0001249
1800	5,7	66,4	675,0	0,000211	0,0118	0,0001621
2100	6,5	65,5	675,8	0,000240	0,0134	0,0001850
2400	7	64,9	676,2	0,000259	0,0145	0,0001994

Wykres szybkości procesu korozji:

Tabelka dla przypadku z dużą ilością inhibitora:

	Objętość gazu w biurecie V [ml]	Wysokość słupa cieczy w biurecie h [cm]	Ciśnienie wodoru PH2 [mm Hg]	Ilość moli wydzielonego wodoru nH2	Masa przekorodowanego żelaza mFe [g]	Masa przekorodowanego żelaza na jednostkę powierzchni K [g/cm^2]
Czas w sekundach
0	0	73,0	669,6	0,000000	0,0000	0,000000
300	0,3	72,7	669,8	0,000011	0,0006	0,000008
600	0,6	72,3	670,1	0,000022	0,0012	0,000016
900	1	71,8	670,5	0,000037	0,0020	0,000027
1200	1,3	71,5	670,8	0,000048	0,0027	0,000035
1500	1,4	71,4	670,9	0,000051	0,0029	0,000038
1800	1,5	71,3	671,0	0,000055	0,0031	0,000041
2100	1,6	71,1	671,1	0,000059	0,0033	0,000043
2400	1,7	71,0	671,2	0,000062	0,0035	0,000046

Wykres szybkości procesu korozji:

	bez inhibitora	mało inhibitora	średnia ilość inhibitora	duża ilość inhibitora
i	0,34566194	0,207397	0,17283097	0,241963
tgα	0,0001	0,00006	0,00005	0,00007
k	0,0002893	0,000289	0,0002893	0,000289

	mało inhibitora	średnia ilość inhibitora	duża ilość inhibitora
szykoś korozi	40	50	30

4.Wnioski:

Wobec powyższych obliczeń stwierdzam, że dodatek tiomocznika - inhibitora kwasowego trawienia żelaza, znacznie spowalnia korozję. Możemy zaobserwować wyraźny związek, pomiędzy stężeniem inhibitora a szybkością reakcji. Skuteczności inhibitora wyniosły kolejno 40%, 50% i 30%. Wraz ze wzrostem stężenia tiomocznika znacznie spadała szybkość korozji. Różnica pomiędzy masami - wyliczoną a wyznaczoną z różnicy mas próbek jest we wszystkich procesach znaczna (poza procesem z małą ilością inhibitora ) - można to tłumaczyć niedokładnością pomiarów .Z tych pomiarów możemy wnioskować , że badana przez nas reakcja nie była jedyną zachodzącą w tym doświadczeniu .

---