GALVANINĖ KOROZIJA: MECHANIZMAI, PAVYZDŽIAI, APSAUGA - CHEMIJA

Galvaninis arba elektrocheminės korozijos yra procesas, kurio metu metalas arba lydinio susidėvi daugiau be spaudimo, palyginti su įprastinių oksidacijos. Galima sakyti, kad tai yra pagreitinta oksidacija ir netgi, tyčia, skatinama; kaip nutinka elementuose ar baterijose.

Tai vyksta tam tikromis sąlygomis. Pirmiausia turi būti aktyvus metalas, vadinamas anodu. Taip pat, antra, turi būti mažai reaktyvus taurusis metalas, vadinamas katodu. Trečioji ir ketvirtoji sąlygos yra terpė, kurioje sklinda elektronai, pavyzdžiui, vanduo, ir joninės rūšys arba elektrolitai.

Rūdžių geležies karūna. Šaltinis: „Pixnio“.

Galvaninė korozija ypač pastebima jūrinėje aplinkoje arba paplūdimių pakrantėse. Oro srovės kelia vandens garų mases, kurios savo ruožtu perneša kai kuriuos jonus; pastarieji prilimpa prie plono vandens arba lašų, esančių ant metalo paviršiaus, sluoksnio.

Šios drėgmės ir druskingumo sąlygos skatina metalo koroziją. Kitaip tariant, geležinė karūna, tokia, kaip pavaizduota aukščiau, greičiau rūdys, jei bus paveikta jūros.

Lengvumas, kurį metalas turės oksiduotis, palyginti su kitu, gali būti kiekybiškai įvertinamas pagal jo redukcijos galimybes; Lentelių, turinčių šį potencialą, gausu chemijos knygose. Kuo neigiamesnis jūs, tuo didesnis jūsų polinkis į rūdis.

Taip pat, jei šis metalas yra su kitu, turinčiu labai teigiamą redukcijos potencialą, taigi, turėdamas didelį ΔE, reaktyviojo metalo oksidacija bus agresyvesnė. Taip pat svarbūs yra kiti veiksniai, tokie kaip pH, jonų stiprumas, drėgmė, deguonies buvimas ir santykis tarp oksiduotų ir sumažintų metalo plotų.

Mechanizmai

Sąvokos ir reakcijos

Prieš nagrinėdami galvaninės korozijos mechanizmus, turėtumėte paaiškinti tam tikras sąvokas.

Redoksinės reakcijos metu viena rūšis praranda elektronus (oksiduojasi), o kita juos įgyja (redukuoja). Elektrodas, ant kurio vyksta oksidacija, vadinamas anodu; o ant kurio vyksta redukcija, katodas (angliškai tam atsiminti dažniausiai naudojama mnemoninė taisyklė redcat).

Taigi, jei metalas M elektrodas (gabalas, sraigtas ir tt), jei jis oksiduojasi, jis laikomas anodu:

M => M ^{n +} + ne ^-

Išleistų elektronų skaičius bus lygus gauto katijono M ^{n +} teigiamo krūvio dydžiui .

Tada kitas elektrodas arba metalas R (abu metalai turi būti tam tikru būdu liečiami), priima išsiskyrusius elektronus; tačiau tai nevyksta cheminės reakcijos, jei ji įgyja elektronus, nes ji tik juos laidotų (elektros srovė).

Todėl tirpale turi būti dar viena rūšis, kuri galėtų oficialiai priimti šiuos elektronus; kaip lengvai redukuojami metalo jonai, pavyzdžiui:

R ^{n +} + ne ^- => R

T. y., Susidarys metalo R sluoksnis, todėl elektrodas taps sunkesnis; o metalas M prarastų masę dėl jo atomų ištirpimo.

Depolarizatoriai

Ką daryti, jei nebūtų metalinių katijonų, kuriuos būtų galima lengvai sumažinti? Tokiu atveju elektronai paims kitas terpėje esančias rūšis: depoliarizatorius. Tai yra glaudžiai susiję su pH: O ₂ , H ⁺ , OH ^- ir H ₂ O.

Deguonis ir vanduo įgauna elektronus, kai reakcija išreiškiama šia chemine lygtimi:

O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- => 4OH ^-

O H ⁺ jonai yra transformuojami į H ₂ :

2H ⁺ + 2e ^- => H ₂

Ji ty OH rūšių ^- ir H ₂ yra tokių produktų galvaninių arba elektrocheminės korozijos.

Net jei metalas R nedalyvauja jokioje reakcijoje, faktas, kad jis yra kilnesnis už M, skatina jo oksidaciją; ir todėl, kad bus didesnis gamybos OH ^- jonai arba vandenilio dujas. Nes galų gale, tai yra skirtumas tarp redukcijos potencialų, ΔE, vienas iš pagrindinių šių procesų variklių.

Geležies korozija

Geležies korozijos mechanizmas. Šaltinis: Vikipedija.

Po ankstesnių paaiškinimų gali būti nagrinėjamas geležies korozijos pavyzdys (vaizdas viršuje). Tarkime, kad yra plonas vandens sluoksnis, kuriame ištirpsta deguonis. Jei nebus kitų metalų, reakcijos toną nustatys depoliarizatoriai.

Taigi geležis praras kai kuriuos atomus iš savo paviršiaus ir ištirps vandenyje kaip Fe ²⁺ katijonai :

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Du elektronai judės per geležies gabalą, nes jis yra geras elektros laidininkas. Taigi, kur yra žinoma oksidacijos ar anodo vieta; bet ne ten, kur bus mažinama katodinė vieta. Katodo vieta gali būti bet kur; ir kuo didesnis jo galimas plotas, tuo blogiau metalas korozijos metu.

Tarkime, kad elektronai pasiekia tašką, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Ten tiek deguonies ir vandens atlikti reakciją jau aprašytą, pagal kurį OH ^- yra išleistas . Šie OH ^- anijonai gali reaguoti su Fe ²⁺ , sudarydami Fe (OH) ₂ , kuris nusodinamas ir po to vyksta oksidacija, kuri ilgainiui virsta rūdimis.

Tuo tarpu anodo svetainė vis labiau plyšta.

Pavyzdžiai

Kasdieniniame gyvenime yra daugybė galvaninės korozijos pavyzdžių. Nereikia minėti geležies vainiko: bet koks dirbinys, pagamintas iš metalų, gali būti atliekamas tokiu pačiu būdu, esant drėgnai ir druskingai aplinkai.

Be paplūdimio, žiema taip pat gali sudaryti palankias sąlygas korozijai; pavyzdžiui, kasant druskas į sniegą kelyje, kad automobiliai neslystų.

Fiziniu požiūriu suvirintose dviejų metalų jungtyse drėgmė gali būti sulaikyta, nes tai yra aktyvi korozijos vieta. Taip yra todėl, kad abu metalai elgiasi kaip du elektrodai, reaktyvesniam prarandant elektronus.

Jei OH gamyba ^- jonai yra didelė, ji gali net korozijos automobilio dažų ar atitinkamą įrenginį.

Anodiniai indeksai

Galima sukurti savo galvaninės korozijos pavyzdžius, naudojant redukcijos potencialo lenteles. Tačiau norint parodyti šį tašką bus pasirinkta anodo indekso lentelė (supaprastinta per se).

Skirtingų metalų ar lydinių anodiniai rodikliai. Šaltinis: Vikipedija.

Tarkime, kad mes norėjome pastatyti elektrocheminį elementą. Metalai, esantys anodo indekso lentelės viršuje, yra labiau katodiniai; tai yra, jie lengvai sumažėja, todėl bus sunku juos rasti. Nors metalai, esantys apačioje, yra anodiškesni arba reaktyvesni, jie lengvai koroduoja.

Jei pasirinktume auksą ir berilį, abu metalai ilgai negalėtų būti kartu, nes berilis oksiduotųsi labai greitai.

Ir jei, kita vertus, turėsime Ag ⁺ jonų tirpalą ir įmerksime į jį aliuminio strypą, jis ištirps tuo pačiu metu, kai nusodės metalinės sidabro dalelės. Jei ši juosta būtų sujungta su grafito elektrodu, elektronai judėtų į ją, kad ant jo kaip elektrinės sidabro plėvelės elektrochemiškai nusėstų sidabras.

Ir jei vietoj aliuminio strypo jis būtų pagamintas iš vario, tirpalas pasidarytų melsvas dėl to , kad vandenyje yra Cu ²⁺ jonų .

Apsauga nuo elektrocheminės korozijos

Aukos dangos

Tarkime, kad norite apsaugoti cinko lakštą nuo korozijos, kai yra kitų metalų. Paprasčiausias variantas būtų pridėti magnio, kuris padengtų cinką taip, kad oksiduodamiesi elektronai, išsiskiriantys iš magnio, sumažintų Zn ²⁺ katijonus .

Tačiau MgO plėvelė ant cinko greičiau nei vėliau įsilaužtų, sukuriant aukšto srovės tankio anodines vietas; tai yra, cinko korozija staigiai paspartėtų tik tuose taškuose.

Ši apsaugos nuo elektrocheminės korozijos technika yra žinoma kaip aukojamų dangų naudojimas. Labiausiai žinomas yra cinkas, naudojamas garsiojoje technikoje, vadinamoje cinkavimu. Juose metalas M, ypač geležis, yra padengtas cinku (Fe / Zn).

Vėlgi, cinkas oksiduojasi, o jo oksidas skirtas padengti geležimi ir perduoti į ją elektronus, kurie sumažina susidarančią Fe ²⁺ .

Taurios dangos

Dar kartą tarkime, kad norite apsaugoti tą patį cinko lakštą, tačiau dabar vietoj magnio naudosite chromą. Chromas yra kilnesnis (labiau katodinis, žr. Anodinių skaičių lentelę) nei cinkas, todėl veikia kaip tauri danga.

Šio tipo dangos problema yra ta, kad kai ji įtrūks, ji dar labiau paskatins ir paspartins metalo, esančio po juo, oksidaciją; tokiu atveju cinkas ėsdins dar labiau, nei būtų padengtas magniu.

Galiausiai yra ir kitų dangų, kurias sudaro dažai, plastikai, antioksidantai, riebalai, dervos ir kt.

Eksperimentas vaikams

Geležies plokštė tirpdant vario druskas

Iš tos pačios anodo indeksų lentelės galima suprojektuoti paprastą eksperimentą. Vandenyje ištirpinus pagrįstą kiekį (mažiau nei 10 gramų) CuSO ₄ · 5H ₂ O, vaikas paprašomas panirti į poliruotą geležies plokštelę. Padaroma nuotrauka, o procesui leidžiama atsiskleisti porą savaičių.

Iš pradžių tirpalas yra melsvas, tačiau pradės blukti, kol geležies plokštelė taps vario spalva. Taip yra todėl, kad varis yra tauriau už geležį, todėl jo jonai, susidarę oksidacijos metu iš geležies, Cu ²⁺ katijonai bus redukuoti į metalinį varį:

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Cu ²⁺ + 2e ^- => Cu

Sidabro oksido valymas

Sidabro dirbiniai ilgainiui juodėja, ypač jei jie liečiasi su sieros junginių šaltiniu. Jo rūdis galima pašalinti panardinant daiktą į vandens vonelę su kepimo soda ir aliuminio folija. Bikarbonatas suteikia elektrolitų, kurie palengvins elektronų pernešimą tarp objekto ir aliuminio.

Dėl to vaikas supras, kad daiktas praranda juodus taškus ir švyti būdingu sidabro spalva; o aliuminio folija korozijai išnyks.

Nuorodos

Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
Vikipedija. (2019 m.). Galvaninė korozija. Atkurta iš: en.wikipedia.org
Steponas Žemutinis. (2019 m. Birželio 16 d.). Elektrocheminė korozija. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
Atviras universitetas. (2018 m.). 2.4 Korozijos procesai: galvaninė korozija. Atkurta iš: open.edu
Klientų techninis aptarnavimas „Brush Wellman Inc.“ (sf). Galvaninės korozijos vadovas. Šepetys Wellmano sukurtoms medžiagoms.
Giorgio Carboni. (1998). Elektrochemijos eksperimentai. Atkurta iš: funsci.com

GALVANINĖ KOROZIJA: MECHANIZMAI, PAVYZDŽIAI, APSAUGA - CHEMIJA - 2025