Determinarea potentialului de coroziune

Determinarea potentialului de coroziune

Principiul lucrarii:

Coroziunea reprezinta distrugerea fizico-chimica, spontana, ireversibila si de nedorit a metalelor si aliajelor sub actiunea chimica, electrochimica sau biologica a mediului inconjurator.

Procesele de coroziune depind de natura metalului si a mediului coroziv, de conditiile de presiune si temperatura, de conditiile statice sau dinamice ale mediului coroziv.

Se defineste drept electrod sistemul electroneutru metal /solutie de electrolit. Electrozii pot fi reversibili si ireversibili. Electrozii reversibili sunt caracterizati de reactii de echilibru la interfata metal/solutie de electrolit. Cand solutia reprezinta un mediu coroziv, reactiile la interfata metal/solutie de electrolit sunt ireversibile. Ca urmare a desfasurarii simultane a proceselor de ionizare a metalului (procese anodice) si a depolarizarii, a reducerii agentilor corozivi din solutia de electrolit (procese catodice) pe aceeasi suprafata metalica, la interfata metal/mediu coroziv apare spontan o diferenta de potential, numita potential de coroziune.

Procesul global al coroziunii cu depolarizare de hidrogen/oxigen se obtine prin insumarea algebrica a reactiilor de ionizare a metalului (oxidare) si a reactiei de depolarizare (reducere) a ionilor sau a moleculelor din mediul coroziv.

Reactiile chimice in coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt:

In medii acide

(-) M M^+z +ze^-      Reactie de ionizare a metulului (oxidare), (3.30.1)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.30.2)

zH⁺+ze^- z/2 H₂ Reactie de depolarizare (reducere), (3.30.3)

ex: (+)2H⁺ + 2e^- H₂      (3.30.4)

M+ zH⁺ M^+z + z/2 H₂ R. globala (3.30.5)

Fe + 2H⁺ Fe⁺² + H₂      R. globala

In medii neutre si alcaline

(-) M M^+z +ze^- Reactie de oxidare, (3.30.7)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.30.8)

(+)zH₂O+ze zOH^-+z/2H₂ Reactie de depolarizare(reducere) (3.30.9)

(+)2H₂O+2e^- 2OH^-+ H₂ (3.30.10)

M + zH₂O M^+z + zOH^- + z/2 H₂ R. globala

Fe + 2H₂O Fe⁺² + 2OH^- + H₂ R. globala

Reactiile chimice in coroziunea cu depolarizare de oxigen sunt:

In medii acide

(-) M M^+z +ze^- Reactie de oxidare, (3.30.13)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.30.14)

(+)zH⁺+z/4 O₂ +ze^- z/2H₂O Reactie de depolarizare (3.30.15)

Ex (+)2H⁺+1/2 O₂ +2e^- H₂O      (3.30.16)

M+ zH⁺+z/4 O₂ M^+z +z/2H₂O, R. globala

Fe+ 2H⁺+1/2 O₂ Fe⁺² +2H₂O R. globala

In medii neutre si alcaline

(-) M M^+z +ze^- Reactie de oxidare (3.30.19)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.30.20)

(+) z/2 H₂O +z/4O₂+ze zOH^- R. depolarizare (reducere) (3.30.21)

ex (+) H₂O +1/2O₂+2e^- 2OH^- (3.30.22)

M+z/2 H₂O +z/4O₂ M(OH)_z R. globala (3.30.23)

Fe+ H₂O +1/2O₂ Fe(OH)₂ R. globala (3.30.24)

Supratensiunea se defineste matematic astfel:

unde ε_i - potentialul electrodului metalic strabatut de un curent electric (curent de descarcare, curent de electroliza, curent de coroziune);

ε_i=o - potentialul de coroziune in circuit deschis, i=0.

In cazul coroziunii electrochimice : ε_i=ε_cor si ε_i=o ε^o sau ε_i=o ε^o

Intre potentialele de electrod (de echilibru) si potentialul de coroziune la care se desfasoara simultan procesul anodic sau catodic al metalului, exista relatiile:

in care:

_a - supratensiunea anodica (η_a>0)

_c - supratensiunea catodica (η_c<0)

Potentialul de coroziune si supratensiunea depind de natura chimica si starea suprafetei metalului, de natura chimica si pH-ul mediului coroziv.

Scopul lucrarii: se va determina potentialul de coroziune si se vor calcula supratensiunea anodica si catodica pentru Fe, Zn, Al supuse coroziunii in mediu acid (solutie H SO ), in mediu bazic (solutie NaOH) si in mediu neutru (solutie NaCl).

In general, in mediul acid are loc coroziunea cu depolarizare de hidrogen, iar in mediul neutru si alcalin are loc coroziunea cu depolarizare de oxigen.

Aparatura si substante:

Aparatura: instrument de masura, cuve cu solutii, electrozi de fier, zinc, aluminiu

Substante: solutii de acid sulfuric, hidroxid de sodiu si clorura de sodiu

Modul de lucru:

- se curata placutele metalice (electrozii) cu hartie metalografica inaintea fiecarei masuratori;

- se alcatuiesc pile galvanice, in care un electrod este metalul introdus in mediul coroziv, iar celalalt este electrodul de referinta:

(-) Me/H SO //electrod de referinta (+)

(-) Me/NaOH//electrod de referinta (+)

(-) Me/NaCl//electrod de referinta (+)

Ca electrod de referinta se poate folosi electrodul de Cu/CuSO₄(1N), cu

- electrodul de referinta se conecteaza la bornele instrumentului de masura a tensiunii electromotoare si se noteaza valoarea t.e.m. indicata de afisajul electronic dupa doua minute, cand se considera ca a atins o valoare relativ constanta.

Fig. 3.30.1. 1 - celula electrolitica; 2 - M - Zn, Al sau Fe; 3 - punte electrolitica; 4 - electrod de Cu/CuSO₄; 5 - multimetru

Calcule si rezultate:

Se calculeaza potentialul de coroziune, stiind ca tensiunea electromotoare masurata este diferenta dintre potentialul catodului si cel al anodului:

Se cunosc urmatoarele valori ale potentialelor standard de electrod:

Se intocmeste urmatorul tabel:

Tabelul 3.30.1

Interpretarea rezultatelor: Se vor face observatii, comparand potentialul de coroziune in diferite medii corozive, urmarindu-se daca e_cor are valori intre ⁰_{1 si} ⁰₂ .

Tema de casa:

1. Sa se scrie reactiile care intervin in procesul de coroziune al urmatoarelor metale: Ni (bivalent), Al (trivalent), Sn (tetravalent), atat in mediu acid, cat si in mediu neutru si alcalin.

2. In urma coroziunii unui otel aliat, introdus intr-o solutie de pH 3 se degaja un volum de 1mL H₂ masurat in conditii normale. Sa se scrie reactiile chimice care au loc si sa se calculeze masa de Fe corodata.

3. In urma coroziunii unei bare de zinc intr-o solutie de NaOH 3N s-au degajat 2 mL H₂ (c.n). Sa se scrie ecuatia reactiei globale de coroziune si sa se calculeze cantitatea de zinc corodata M_Zn = 64)

4. Reactiile care au loc la coroziunea Al in mediu basic sunt: a) Al³⁺ + 3e Al, b)H⁺ + 1e 1/2H₂, c) 2OH^- -2e H₂O+ 1/2O₂ , d) Al Al³⁺ + 3e, e)1/2O₂ + H₂O + 2e 2OH^-

. Calculati suparatensiunile anodice si catodice stiind ca potentialul de coroziune al Al este -1,69V. Scrieti reactiile ce au loc la cufundarea Al in mediu neutru si in mediu acid.

. Ce cantitate de Fe(OH)₂ se obtine in urma coroziunii a 112 g Fe in mediu neutru. Scrieti reactia globala de coroziune (prin insumarea reactiei anodice cu cea catodica). M_Fe= 56 g