регистрация / вход

Катодные процессы с водородной деполяризацией

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Российский Государственный Университет нефти и газа им. И. М. Губкина Кафедра Реферат на тему: « Катодные процессы с водородной деполяризацией»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Российский Государственный Университет нефти и газа

им. И. М. Губкина

Кафедра

Реферат

на тему: «Катодные процессы с водородной деполяризацией»

В ыполнила: студентка МИ-07-1

Самсонова А.Н

Проверил: Васильев А.В.

Москва,2010г

Содержание

1.Электрохимическая коррозия……………………………...2

2.Явление поляризации. Основные факторы, влияющие на коррозионный процесс……………………………………….4

3.Коррозионные процессы с водородной деполяризацией

3.1. Термодинамическая возможность коррозии металлов с водородной деполяризацией…………………………………7

3.2.Схема катодного процесса водородной деполяризации.8

3.3.Особенности коррозии металлов с водородной деполяризацией………………………………………………10

4.Список используемой литературы………………………..12

1. Электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия представляет самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие электрохимического взаимодействия их с окружающей электролитически проводящей средой. При этом ионизация ионов атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла. Электрохимическая коррозия наиболее распространена. И имеет место при взаимодействии металлов с жидкими электролитами. Такими как водой, водными растворами солей, кислот и щелочей, расплавленными солями и щелочами. И является гетерогенной электрохимической реакцией электролитов. И является гетерогенной электрохимической реакцией электролитов с металлами. [1]

В соответствии с современными представлениями о протекании электрохимических реакций этот процесс в общих чертах можно описать следующим способом:

При погружении металла в раствор электролита поверхность металла адсорбирует молекулы воды. На границе фаз возникает слой, состоящий из нейтральных частиц: атомов металла и связанных с ними в комплексы молекул воды, которой в равной степени принадлежит как самому металлу, так и раствору электролита. В поверхностной фазе возможно перераспределение электронной плотности с образованием положительно заряженных ионов и электронов. В состав положительного заряженных ионов входят и частицы металлов, и молекулы воды, а заряд иона более или менее равномерно распределен по всему иону. В общем виде этот процесс можно выразить уравнением:

Это уравнение описывает анодное направление электрохимической реакции (анодный процесс). Поскольку в рассматриваемой системе металл обладает только электронной проводимостью, а раствор только ионной, то образовавшиеся при ионизации металла ионы могут быть удалены из зоны реакции только в объем электролита, а электроны в объем металла.

Противоположным анодному является катодное направление(катодный процесс), связанное с таким перераспределением зарядов в граничном слое, при котором из ионов электролита и электронов металла образуются электрически нейтральные частицы, например

Анодный и катодный процесс это два направления одной и той же реакции, протекающей в поверхностной фазе на границе металла (проводника I-ого рода) и электролитом (проводником II-ого рода). Строго говоря, именно поверхностную фазу нужно рассматривать как электрод. Хотя в практической электрохимии под этим вопросом следует понимать металл, погруженный в раствор электролита.[2]

Первой и основной причиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металла в данных коррозионных условиях.

Примерами электрохимической коррозии металлов являются:

· Ржавление различных металлических конструкций и изделий в атмосфере(металлических станков и оборудования заводов, стальных мостов, каркасов зданий и т.д.);

· Коррозия наружной металлической обшивки судов в речной и морской воде;

· Ржавление стальных сооружений гидросооружений;

· Ржавление стальных трубопроводов в земле:

· Разрушение баков и других аппаратов растворами кислот, солей, щелочей на химических и других заводах;

· Коррозионные потери металла при кислотном травлении окалины;

· Коррозионные потери металлических деталей при нагревании их в расплавленных солях и щелочах;

· И др.

2. Явление поляризации. Основные факторы, влияющие на коррозионный процесс.

В большинстве случаев приходится отвечать на вопросы, связанные с развитием коррозионного поражения во времени: как долго может работать металлоконструкция в конкретной среде? На какие параметры и как следует повлиять, чтобы продлить срок службы оборудования? Поэтому основной кинетической характеристикой является скорость коррозии. Чтобы оценить влияние различных факторов, обуславливающих скорость, с которой система стремится к равновесию (т.е. коррозирует), необходимо знать равновесное состояние системы. Когда через электрод протекает ток в любом направлении, равновесное состояние электрода нарушается. Потенциал такого электрода изменяется в зависимости от величины внешнего тока и его направления. Направление изменения таково, что препятствует смещению равновесия и, следовательно, протеканию тока независимо от того, приложен ли он извне или создается в самом элементе. Изменение тока, вызываемое протекающим током, называется поляризацией.

Причины, вызывающие поляризацию

В зависимости от причин вызывающих поляризацию, различают три ее вида:

· Концентрационную поляризация;

· Активационная поляризация;

· Омическое падение напряжения.

Рассмотрим причины, которые вызывают непосредственно катодную поляризацию, т. е. отставания процесса ассимиляции электронов от поступления на катодные участки электронов, являются:

1. Замедленность катодной деполяризационной реакции

D + пе [Dne], которая определяется соответствующим значением энергии активации этой реакции QK, приводит к возникновению электрохимической поляризации , называемой перенапряжением реакции катодной деполяризации.

2. Замедленность диффузии деполяризатора из объема

электролита к катодной поверхности или продукта катодной деполяризационной реакции в обратном направлении, которая приводит

к концентрационной поляризации катода. Более

подробно явления катодной поляризации будут рассмотрены ниже для наиболее часто встречающихся катодных процессов кислородной и водородной деполяризации

Перенапряжение водорода.

Перенапряжение водорода на катодных участках данного металла является преобладающим видом поляризации, контролирующей скорость коррозии многих металлов в деатированной воде или неокислительных средах. Понятие перенапряжения водорода включает лишь активационную поляризацию, соответствующую реакции

Причины понижения значений перенапряжения водорода для металла:

1.Повышение температуры (возрастает i0 ). Для металлов, которые корродируют с выделением водорода,- это один из факторов, объясняющих повышение коррозии по мере возрастания температуры.

2.Шероховатость поверхности . На пескоструйной поверхности перенапряжение водорода ниже, чем на полированной. Наблюдаемый эффект объясняется тем, что шероховатая поверхность имеет большую истинную поверхность и большую каталитическую активность.

3.Понижение плотности тока .

Было предположено, что медленной стадией реакции выделения водорода на железе будут:

;

Для металлов с высоким перенапряжением водорода, например Hg и Pb, замедленной стадией, по-видимому будет:

;

Для многих металлов при высоких плотностях тока, замедленная стадия разряда также является контролирующей реакцией. Такой реакцией может быть следующая:

.

Скорость образования Н2 из Надс зависит от каталитических свойств поверхности электрода. На хорошем катализаторе, например Pt илиFe,- низкое перенапряжение водорода, а на плохом, например Hg или Pb,- высокое.

Повышенная концентрация водорода на поверхности способствует внедрению атомов водорода в металлическую решетку, что вызывает водородную хрупкость (потерю пластичности) и, кроме того создает в некоторых сплавах железа высокие внутренние напряжения, достаточные, чтобы вызвать самопроизвольное растрескивание (водородное растрескивание).

3.Коррозионные процессы с водородной деполяризацией.

Процессы коррозии металлов, у которых D = Н+, т. е. катодная деполяризация осуществляется водородными ионами по реакци с выделением водорода, называют процессами коррозии металлов с водородной деполяризацией.[3]

1. Термодинамическая возможность коррозии металлов с водородной деполяризацией

С водородной деполяризацией корродируют металлы, соприкасающиеся с растворами кислот, например стальные железнодорожные цистерны, в которых перевозят кислоты, металлические баки и различные аппараты на химических заводах, металлическое оборудование травильных отделений прокатных цехов и цехов гальванических покрытий, в которых осуществляется кислотное травление окалины и ржавчины, травимые в кислотах металлические изделия. просекание процесса коррозии металла с водородной деполяризацией возможно, если .

Коррозия металлов с водородной деполяризацией в большинстве случаев имеет место в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление водорода в которой . Следовательно, при определении термодинамической возможности протекания коррозионных процессов с водородной деполяризацией обратимый потенциал водородного электрода в этих электролитах следует рассчитывать, учитывая реальное парциальное давление водорода в воздухе. При насыщении электролита водородом или повышенном содержании этого газа в соприкасающейся с электролитом атмосфере при расчетах следует учитывать соответствующее парциальное давление водорода.

Коррозия металлов с преобладанием водородной деполяризации имеет место:

1) при достаточной активности водородных ионов в растворе

(например, коррозия железа, цинка и многих других металлов в растворах, серной и соляной кислот);

2) при достаточно отрицательных значениях потенциала металла вследствие очень отрицательного значения (например, коррозия магния в воде и растворах NaCl) или очень низкой активности ионов в электролите (например, коррозия свинца, олова и других металлов в щелочных и железа fr сильнощелочных растворах).

2.Схема катодного процесса водородной деполяризации

Катодный процесс водородной деполяризации в кислых средах состоит из следующих стадий (рис, 174):

1) диффузии и миграции гидратированных ионов водорода к катодным участкам поверхности корродирующего металла;

2) разряда водородных ионов:

3) растворения и диффузии части Надс -атомов в металле;

4)рекомбинации (молизации) водородных атомов:

или электрохимической десорбции:

5) диффузии и переноса конвекцией водорода от катодных участков в, глубь раствора, а затем его диффузии в воздух;

6) образования и отрыва пузырька водорода от поверхности

металла:

В щелочных растворах, в которых концентрация ионов Н+Н2 О крайне мала, коррозия металлов с выделением водорода идет за счет восстановления водорода из молекул воды: и появляется дополнительная к перечисленным выше стадия отвода ионов ОН~ в глубь раствора. В большинстве случаев коррозии металлов с водородной деполяризацией при высокой концентрации ионов Н+Н20 в растворе концентрационная поляризация вследствие замедленности переноса водородных ионов к катодным участкам незначительна. Это обусловлено большой подвижностью, водородных ионов, наличием дополнительного перемешивания раствора у катода выделяющимся газообразным водородом и дополнительным переносом водородных ионов к катоду миграцией. В нейтральных растворах или при очень больших скоростях коррозии ионная концентрационная поляризация становится

а) замедленность катодной реакции, которая приводит к возникновению

перенапряжения водорода;

б) концентрационная поляризация по молекулярному водороду вследствие замедленности процесса – отвода образующегося молекулярного водорода с поверхности металла, которая наблюдается до насыщения приэлектродного слоя электролита водородом, когда становится возможным выделение его в виде пузырьков, в которых .[4]

3 .Особенности коррозии металлов с водородной деполяризацией

Замедленность катодного процесса заметно влияет на скорость

коррозии металлов с водородной деполяризацией, а во многих

случаях это влияние является главным.

Наиболее затрудненными стадиями катодного процесса,а часто и всего коррозионного процесса, в зависимости от условий коррозии являются разряд водородных ионов и диффузия водорода (диффузионно-кинетический контроль). Относительное значение первой стадии увеличивается с ростом катодной плотности тока (преобладание кинетического контроля).

Особенности коррозии металлов с водородной деполяризацией

следующие:

1) несколько меньшая, чем при коррозии с кислородной деполяризацией, зависимость от перемешивания электролита (сравнительная незначительность ионной при заметной газовой концентрационной поляризации), особенно, в растворах кислот;

2) большая зависимость от рН раствора, так как с уменьшением рН

становится положительнее, перенапряжение в кислых растворах снижается, а в щелочных растет;

3) большая зависимость от природы и содержания катодных примесей или структурных составляющих сплава: чем ниже перенапряжение водорода на катодных примесях или структурных составляющих сплава и чем больше их содержание, тем больше скорость коррозионного процесса (рис. 177 и 178);

4) большая зависимость скорости коррозии от адсорбции на корродирующем металле различных веществ, влияющих на строение двойного электрического слоя и величину перенапряжения водорода на металле;

5) протекание процесса с ускорением, т. е. с увеличением скорости коррозии во времени (см. рис. 177); это связано с тем, что прохождение катодной реакции разряда водородных ионов облегчается в результате увеличения числа микрокатодов на поверхности корродирующего металла за счет обнажения новых катодных участков по мере растворения металла (рис. 179);

6) большая возможность появления водородной хрупкости металлов. [5]

Список использованной литературы:

1. Жук Н.П. «Курс теории коррозии и защиты металлов»,учебное пособие для вузов- издательство: ООО ТИД «Альянс»,2006 г.-472 стр.

2. Медведева М.Л «Основы электрохимической коррозии и защиты оборудования при транспорте и хранения нефти»,Москва,2004г-80 стр

3. Медведева М.Л. «Коррозия и защита оборудования при переработке нети и газа», Москва-2005г-311 стр

4. Улиг Г. «Коррозия металлов», издательство «Металлургия»-1968г.-308 стр

5. Юхневич Р «Техника борьбы с корозией»,издательство «Химия»-1980г-224стр


[1] Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов: Учебное пособие для вузов-2-е издание/М:ООО ТИД «Альянс»,2006 г-472 стр.(148стр)

[2] Медведева М.Л. «Основы электрохимической коррозии и защиты оборудования при транспорте и хранения нефти и газа», 2004г.

[3] Улиг Г. «Коррозия металлов (основы теории и практики), издательство «Металлургия», 1968, с.308 (51 стр.)

[4] Жук Н.П. «Курс теории коррозии и защиты металлов»,учебное пособие для вузов-издательство:ООО ТИД «Альянс»,2006 г.-472 стр.

[5] Жук Н.П. «Курс теории коррозии и защиты металлов»,учебное пособие для вузов-издательство:ООО ТИД «Альянс»,2006 г.-472 стр.(260стр)

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий