25702 str059 (4)

116 Ćwiczenie nr 13

2. PRAKTYCZNY SZEREG NAPIĘCIOWY

Rys. 1. Ogniwo elektrochemiczne.

Z dwóch metali tworzących ogniwo, anoda jest metal bardziej aktywny (wykazujący niższy potencjał normalny) pod warunkiem, że aktywności (stężenia) obu jonów metali sa równe jedności. W praktyce rzeczywiste aktywności jonów w równowadze z danym metalem zmieniają się znacznie w zależności od środowiska, więc i użyteczność normalnego szeregu napięciowego do przewidywania zachowań w roztworze dwu różnych metali połączonych ze sobą jest ograniczona. Praktyczny szereg napięciowy obejmuje metale i stopy zgodnie z ich zmierzonymi w danym środowisku wartościami potencjałów. Niektóre metale mogą figurować w praktycznym szeregu napięciowym w dwu miejscach, zależnie od tego czy sa one w stanie aktywnym, czy też pasywnym (w normalnym szeregu napięciowym mogą zajmować tylko jedna pozycję odpowiadająca równowagowemu stanowi aktywnemu). Stan pasywny odpowiada stanowi nierównowagowemu, gdyż metal ze względu na obecność powierzchniowych warstw nie jest w równowadze z własnymi jonami. Dlatego też chociaż istnieje tylko jeden normalny szereg napięciowy metali z uwagi na różne skłonności do tworzenia warstw powierzchniowych i różne zdolności roztworów do kompleksowania jonów, możliwe jest istnienie wielu praktycznych szeregów napięciowych. Ogólnie biorąc, każdemu środowisku odpowiada jeden charakterystyczny praktyczny szereg napięciowy. Położenie metalu w takich szeregach zmienia się zależnie od składu roztworu i temperatury. Oto praktyczny szereg napięciowy metali w wodzie morskiej:

wzrost szlachetności

Mg, Zn, Cd, Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Ti, Au, Pt.

Na podstawie praktycznego szeregu napięciowego można przewidywać zachowanie w określonych warunkach dwu połączonych ze sobą metali. Proces anodowy (reakcja anodowa) będzie zachodził na metalu wykazującym niższy potencjał, natomiast proces katodowy (reakcja katodowa) na metalu bardziej szlachetnym tzn. wyższym potencjale elektrochemicznym.

Reakcja anodowa jest zawsze związana z procesem utleniania a więc z rozpuszczaniem metalu tzn. wytworzeniem jonów metalu Me-» Me⁺” + ne

Reakcja katodowa jest procesem redukcji tzn. może następować wydzielanie gazowego wodoru

2H⁺ + 2e-» tH₂

albo redukcja tlenu z wytworzeniem OH'

2H₂0 + 0₂ + 4e —-» 40H'

Szybkość reakcji anodowej i katodowej jest wprost proporcjonalna do sity elektromotorycznej ogniwa (SEM) mierzonej w V SEM = E^ - E„

Zniszczenia korozyjne wynikające z połączenia dwóch metali zależą od:

a)    położenia (odległości) metalu w praktycznym szeregu napięciowym, a dokładniej od różnicy

potencjałów;

b)    wielkości powierzchni stykających się metali, a dokładniej od stosunku powierzchni;

c)    od stopnia spolaryzowania metali (im wyższy stopień spolaryzowania tym niższa szybkość

korozji).

Pytania kontrolne

1.    Wymienić kilka metali szlachetnych i podać co jest ilościową miara szlachetności.

2.    Co to jest normalny potencjał elektrochemiczny metalu?

3.    Podać wzór Nernsta wraz z objaśnieniami symboli.

4.    Co to jest normalny szereg napięciowy metali?

5.    Jak sie wyznacza wartość potencjału elektrochemicznego metalu lub stopu?

6.    Jak zbudowana jest normalna elektroda wodorowa?

7.    Z jakich względów zamiast elektrody wodorowej używa się elektordy kalomelowej?

8.    Co to jest praktyczny szereg napięciowy metali?

9.    Czy jeden metal może zajmować dwie pozycje w normalnym szeregu napięciowym?

10.    Jakie metale, lub stopy metali mogą zajmować dwie pozycje w praktycznym szeregu napię-

^ ciowym metali?    ~ "7 "■

■ \y. Napisz reakcję anodową rozpuszczania cynku.

12.    Napisz reakcje katodowe redukcji jonów wodorowych oraz tlenu.

13.    Od czego zależy szybkość korozji wynikająca z połączenia dwóch metali.

3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Zadanie 1.

Wyznaczanie praktycznego szeregu napięciowego.

Celem ćwiczenia jest opanowanie umiejętności wyznaczania potencjałów elektrochemicznych metali.

Praktyczny szereg napięciowy należy wyznaczyć dla cynku, aluminiu, miedzi, stali węglowej i stali nierdzewnej w 3% roztworze NaCl lub innym roztworze wskazanym przez prowadzącego zajęcia.

Wykonanie ćwiczenia

a)    Przygotowanie blaszek do badań

-    oczyszczenie papierem ściernym,

-    opłukanie pod bieżącą wodą,

-    odtłuszczenie w rozpuszczalniku organicznym,

-    wysuszenie próbek.

b)    Pomiar potencjału elektrodowego blaszek na woltomierzu o dużym oporze wewnętrznym

-    wlać do zlewki zalecony przez prowadzącego roztwór,

-    umieścić elektrodę badaną oraz elektrodę odniesienia (kalomelową) w zlewce,

-    odczytać wartość potencjałów elektrodowych blaszek przez 10 min. w odstępach 1 minutowych.

c)    Pomiar potencjału elektrodowego spasywowanej blaszki ze stali nierdzewnej

-    blaszkę ze stali nierdzewnej przygotować wg punktu 1, zanurzyć w roztworze stężonego kwasu azotowego i pozostawić przez 5 minut.

-    wyjąć blaszkę z roztworu, opłukać pod bieżącą wodą, potem destylowaną i osuszyć.

-    mierzyć potencjał elektrodowy blaszki w roztworze podanym przez prowadzącego, przez 10 minut (pomiary w odstępach 1 minuty).

d)    Czynności po zakończeniu ćwiczenia

-    wszystkie próbki osuszyć,

-    wszystkie roztwory zlać do odpowiednich butelek, (zachować ostrożność - kwasy!),

-    przygotować sprawozdanie w postaci wykresów potencjal-czas i podać praktyczny szereg napięciowy badanych materiałów przeliczając wyznaczone wartości potencjałów względem normalnej elektrody wodorowej.