Коррозионные гальванические элементы

Электрохимический коррозионный процесс

Электрохимическая коррозия металла протекает в средах, имеющих ионную проводимость через 2 реакции: анодное окисление металла и катодное восстановление окислителя. Окислителями при коррозии служат молекулы кислорода О₂, хлора Cl, ионы Н^о, Fe³⁺, NO₃³⁺ и др. Наиболее часто при коррозии наблюдается восстановление кислорода.

В нейтральной или щелочной среде

О₂+ 2Н₂О + 4е → 4ОН^-

В кислой среде

О₂ + 4Н₂О + 4е → 2Н₂О

и выделение водорода

2Н⁺ + 2е → Н₂

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с поглощением кислорода (коррозия с кислородной деполяризацией). Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода (или коррозия с водородной деполяризацией).

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите.

Электролитами могут быть растворы солей, кислот, оснований, морская вода, почвенная вода, вода атмосферы, содержащая СО₂, SO₂, О₂ другие газы. Кроме электрохимических реакций, при коррозии протекают вторичные химические реакции, например, взаимодействие ионов металла с гидроксид ионами, концентрация которых повышается в результате катодных реакций.

Mⁿ⁺ + nOH = M(OH)_n

Коррозия с кислородной деполяризацией представлена уравнениями:

Me – ne → Meⁿ⁺ анодный процесс

О₂ + 2Н₂О + 4е → 4ОН^- катодный процесс

Коррозия с водородной деполяризацией может быть представлена уравнениями:

Me – ne → Meⁿ⁺ анодный процесс

2Н⁺ + 2е → Н₂ катодный процесс

 

Возникновение коррозии связано с образованием коррозионных гальванических элементов. Электрохимическая коррозия протекает через анодные и катодные процессы с движением электронов и ионов (электрический ток), т.е. аналогично процессам в гальваническом элементе, поэтому такая коррозия получила название электрохимической коррозии.

1^ая теория коррозии, объясняющая разрушение металла при взаимодействии с окружающей средой, теория швейцарского физика (де-ля-Рив) Рив-теория локальных элементов. У любого металла есть примеси. Между основным металлом и примесью возникает локальный гальванический элемент, при котором основа металла разрушается, а на примеси идет процесс восстановления.

На аноде протекает реакция окисления железа

анодная Fe – 2e → Fe²⁺

На катоде происходит восстановление водорода.

 

катодная 2Н⁺ + 2у → 2Н₂⁰ → Н₂

 

Рис. Схема коррозионного гальванического элемента, где анод и катод соприкасаются друг с другом, т.е. коррозионный элемент является короткозамкнутым.

Происходит перетекание электронов от более отрицательного электрода (анода) к менее отрицательному 9или более положительному электроду) катоду [Весьма существенным для протекания является решение вопроса, какие из электродов являются катодами, а какие анодами]. Это перетекание электронов выравнивает значения потенциалов замкнутых электродов и если бы не было анодных и катодных процессов, то потенциалы электродов сравнялись и наступила полная поляризация. Но она в действительности не происходит, т.к. анодные и катодные процессы продолжаются, препятствуя наступлению полной поляризации вследствие протекания электронов с анода на катод, т.е. действуя деполяризующее, т.е. уменьшая полную поляризацию.

Рассмотрим работу обычного поляризационного гальванического элемента, состоящего из Fe анода, угольного катода, погруженный в раствор H₂SO₄-

На аноде реакция окисления железа Fe – 2e → Fe²⁺

На катоде 2Н⁺ + 2е → Н₂

Электроны по пути во внешней цепи от анода (железа) к катоду (водородному электроду на угле) совершают полезную работу.

В гальваническом элементе и в коррозионном гальваническом элементе протекают одни и те же процессы, за исключением тока во внешней цепи, поскольку последний в коррозионном элементе отсутствует.

Основным отличием процессов электрохимической коррозии от процессов в гальваническом элементе является отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а двигаются внутри металла. Химическая энергия передается не в виде работы, а лишь в виде теплоты.