1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się z procesami korozji chemicznej, elektrochemicznej i wpływem różnych czynników na jej przebieg.

2. Opis stanowiska badawczego.

Opis stanowiska: szkło i odczynniki. Stanowisko badawcze składa się z odpowiedniej ilości probówek, zakraplacza, tryskawki z wodą destylowaną, bibułki filtrującej, papieru ściernego i z roztworów potrzebnych do przeprowadzenia odpowiednich doświadczeń, takich jak: NaOH 2 M, H₂SO₄ 1 M, CuSO₄ , K₃[Fe(CN)₆], H₂O, NaCl 0,1 M , Hg(NO₃)₂) , roztwór fenoloftaleiny i metali: granulki cynku, drutu miedzianowego, blaszkę ocynkowaną i ocynowaną, blaszkę żelazną, blaszki aluminiowe.

Doświadczenie 3.2 Porównanie szybkości reakcji chemicznej i elektrochemicznej po utworzeniu ogniwa galwanicznego.

Przebieg i analiza: Do dwóch probówek odmierzyłem po 3 cm³ H₂SO₄ o stężeniu C H₂SO₄ = 1 mol/dm³ i wrzuciłem po jednej granulce cynku. Obserwowałem szybkość wydzielania wodoru

Zn + H₂SO₄ ZnSO₄ + H₂

cynk kwas siarkowy siarczan cynku wodór

Zn⁰ - 2e Zn²⁺ / *1

2 H⁺ + 2e H⁰₂ / *1

Następnie zetknąłem granulkę cynku w jednej probówce z drutem miedzianym. Reakcja zaczęła zachodzić szybciej. Po wyjęciu drutu z probówki zaczekałem klika minut, aż szybkość wydzielania wodoru wyrówna się w obu probówkach i do jednej dodałem CuSO₄.

Zn + CuSO₄ ZnSO₄ + Cu

cynk siarczan miedzi siarczan cynku miedź

Zn⁰ - 2e Zn²⁺ / *1

Cu²⁺ + 2e Cu⁰ / *1

Wniosek:

Zachodzi zjawisko korozji. Najpierw wodór wydziela się powoli i w małych ilościach. Poprzez zetknięcie cynku z miedzią (wodór wydziela się) utworzyło się ogniwo galwaniczne. Wodór wydzielał się intensywniej.

Anoda : (Zn) Zn⁰ - 2e Zn²⁺

Katoda: (Ca) 2H⁺ - 2e H₂

Rysunek 1. Przedstawia krótkozwarte ogniwa (galwaniczne) tworzące się w czasie wykonania ćwiczenia.

Powstaje mikroogniwo galwaniczne.

Zn

Cu

Zn ma więcej elektronów, które chętniej oddaje, ma większy potencjał ujemny i przechodzi w stan jonowy, jest bardziej aktywny.

Po dodaniu CuSO₄ tworzy się również ogniwo galwaniczne. Reakcje na anodzie i katodzie są takie same jak przy zetknięciu z drutem miedzianym. Depokryzacji ulega wodór, który w tym wypadku również wydziela się szybciej. Bardziej aktywny cynk wypiera miedź z roztworu jej soli.

Zn + CuSO₄ ZnSO₄ + Cu

cynk siarczan miedzi siarczan cynku miedź

Korozja elektrochemiczna zachodzi w wyniku działania elektrolitu, tworzy się ogniwo korozyjne i prąd przepływa między biegunami tego ogniwa. Korozja chemiczna przebiega mniej intensywniej od korozji elektrochemicznej. Na każdym z mikroogniw zachodzi także reakcja jak na anodzie i katodzie.

Doświadczenie 3.3 Korozja blach stalowych (żelaznych) pokrytych innymi metalami.

Przebieg i analiza: Do przygotowanego roztworu rozcieńczonego kwasu H₂SO₄ i heksacyjanożelazianu III potasu K₃[Fe(CN)₆] wrzuciłem do jednej probówki (po poprzednim rozdzieleniu roztworu na dwie części) blaszkę ocynkowaną, do drugiej ocynowaną. Blaszki mają uszkodzone krawędzie, ponieważ wycięto je z dużych arkuszy blachy.

a)

Anodzie: (Zn) Zn⁰ - 2e Zn²⁺

Katodzie: (Fe) 2H⁺ - 2e H₂ - depolaryzacja wodoru

Rys 2.Schemat korozji blachy ocynkowanej.

	Zn
Fe

W blaszce ocynkowanej powstaje ogniwo galwaniczne, anodę stanowi cynk, metal bardziej aktywny. Katodę stanowi żelazo mniej aktywne.

3 Zn²⁺ + 2 Fe(CN)₆^3- Zn₃[Fe(CN)₆]₂ - żółty kolor

kation cynku anion heksacyjanożelazianu

Zn₃[Fe(CN)₆]₂ - heksacyjanożelazian III cynku

Korozji ulega cynk, ponieważ jest bardziej aktywny.

b)

Anoda: (Fe) Fe - 2e Fe²⁺

Katoda: (Sn) 2H⁺ - 2e H₂ - depolaryzacja wodorowa

Rys 3.Schemat korozji blachy ocynowanej.

rdza

Na blaszce ocynowanej powstaje ogniwo galwaniczne, a anodę stanowi żelazo, metal bardziej aktywny od cyny. Katodą jest cyna, metal mniej aktywny.

3 Fe²⁺ + 2 Fe(CN)₆^3- Fe₃[Fe(CN)₆]₂

kation żelaowy anion heksacyjanożelazianu

Fe₃[Fe(CN)₆]₂ - heksacyjanożelazian III żelaza II

Na warstwie żelaza powstaje błękitny osad. Blaszka ocynowana rdzewieje w miejscu uszkodzenia cyny.

Wniosek:

Cynk lepiej chroni powierzchnie stali, ponieważ jest bardziej aktywny i w przypadku niewielkiego uszkodzenia warstwy powlekającej on pierwszy ulega reakcji.

Doświadczenie 3.4 Korozja elektrochemiczna pod kroplą elektrolitu (czyli w tlenowym ogniwie stężeniowym).

Przebieg i analiza: Na oczyszczoną blaszkę żelazną naniosłem kroplę odczynnika (roztwór ze 100cm³ NaCl o C = 0,1 M z 2cm³ K₃[Fe(CN) ₆] o C = 1% z 0,5 cm³ fenoloftaleiny).

Rysunek 3. Korozja kroplowa jako efekt wytworzenia ogniwa powstającego w wyniku niejednakowego napowietrzenia kropli roztworu chlorku sodu. Obszar katodowy i anodowy uwidoczniono za pomocą indykatora ferroksylowego (K₃Fe(CN) ₆ + fewnoloftaleina).

Wniosek:

W wyniku nierównomiernego dopływu powietrza do różnych miejsc powierzchni metalu pokrytego kroplą odczynnika powstają tlenowe ogniwa stężeniowe, powodujące korozję elektrochemiczną.

Korozja zachodzi w środkowej części powierzchni, gdzie jest najmniej tlenu i tam tworzy się obszar anodowy. Zaszła reakcja utleniania:

Anoda: (Fe) Fe Fe²⁺ + 2e

Na obrzeżach kropi jest więcej tlenu i jest top obszar katodowy, zaszła reakcja redukcji.

Katoda: (Fe) 2 H₂O + O₂ + 4e 4OH^- - środowisko zasadowe

W strefie pośredniej, poza powierzchnią ogniwa korozyjnego, zachodzą reakcje dodatkowe, na skutek których otrzymujemy końcowe produkty korozji:

Fe²⁺ + 2OH^- Fe(OH)₂ - utlenia się na skutek dostępu tlenu

kation grupa zasada żelaza II

żelaza wodorotlenowa

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O 4Fe(OH)₃ - brunatny

zasad żelaza II tlen woda zasada żelazowa III

2Fe(OH)₃ Fe₂O₃ • 3H₂O

zasada żelaza III trójtlenek żelaza woda

Produktami końcowymi korozji stali są Fe₂O₃ • 3H₂O, Fe₃O₄ ,Fe₂O_3.

Doświadczenie 3.5 Zbadanie glinu w wodzie destylowanej po usunięciu tlenkowej warstewki pasywującej powierzchnię.

Przebieg i analiza: Przygotowałem dwie blaszki aluminiowe. Jedną z nich zanurzyłem w NaOH o C = 2 M aż do intensywnego wydzielania wodoru

Al₂O₃ + 6NaOH 2Na.₃AlO₃ + 3H₂O

tlenek glinu zasada sodowa glinian sodu woda

Al - 3e Al ³⁺ / • 2

2H⁺ + 2e H₂ / • 3

Jest to znak, że pasywna warstewka tlenkowa została usunięta i wtedy rozpoczyna się korozja metalu.

2Al + 6NaOH 2Na.₃AlO₃ + 3H₂↑

glin zasada sodowa glinian sodu wodór

Po wyjęciu i oczyszczeniu blaszki poddałem ją kolejnym badaniom.

Umieściłem ją w próbce z Hg(NO₃)₂ na 2min. Zachodzi reakcja:

2Al + 3Hg(NO₃)₂ 2Al (NO₃)₃ + 3Hg

glin azotan V rtęci azotan V glinu rtęć

Al - 3e Al ³⁺ / • 2

Hg²⁺ + 2e Hg / • 3

Powstaje Al(Hg) czyli roztwór glinu w rtęci tzw. amalgamat.

Na końcu przygotowuje dwie probówki z wodą destylowaną i umieszczam w jednej blaszkę poddana obróbce, i w drugą dla porównania blaszkę kontrolną (pozostawiona na początku doświadczenia).

Wniosek:

Próbka z blaszką kontrolną nie ulega żadnym reakcjom, gdyż warstwa pasywna uniemożliwia jej zajście.

Druga blaszka reaguje z wodą destylowaną:

2Al(Hg) + 3H₂O Al₂O₃ + 2Hg + 3Hg↑

amalgamat woda trójtlenek glinu rtęć wodór

Al - 3e Al ³⁺ / • 2

2H⁺ + 2e H₂ / • 3

Aluminium pokryte amalgamatem reaguje z wodą destylowaną, gdyż Al.(Hg) zapobiega utworzeniu się warstewki pasywnej tlenku glinu chroniącej przed korozją. Glin stanowi elektrodę ujemną (ulega korozji).

1

4

---