ГАЛВАНСКА КОРОЗИЈА: МЕХАНИЗМИ, ПРИМЕРИ, ЗАШТИТА - ХЕМИЈА - 2025

Галвански или електрохемијски корозија је процес којим метала или легура деградира више нагло поређењу са конвенционалном оксидације. Може се рећи да је то убрзана оксидација, па чак и намерно промовисана; као што се догађа у ћелијама или батеријама.

То се дешава под бројним условима. Прво, мора постојати активни метал, зван анода. Такође, и друго, мора постојати ниско-реактивни племенити метал зван катода. Трећи и четврти услов су присуство медија у коме се електрони шире, као што је вода, и јонских врста или електролита.

Русти ирон ирон. Извор: Пикнио.

Галванска корозија је посебно уочљива у морским срединама или на обалама плажа. Зрачне струје подижу масу водене паре, које заузврат носе неке јоне; потоњи крај лепи танком слоју воде или капи која почива на металној површини.

Ови услови влажности и сланости погодују корозији метала. Односно, гвожђаста круна попут оне на горњој слици брже ће захрђати ако буде изложена близини мора.

Лакоћа коју ће метал морати да оксидира у поређењу с другом може се квантитативно мерити његовом редукционом потенцијалом; Табеле са овим потенцијалима обилују хемијским књигама: Што сте негативнији, већа је и ваша склоност рђању.

Исто тако, ако је овај метал у присуству другог са врло позитивним редукционим потенцијалом, па има велику ΔЕ, оксидација реактивног метала ће бити агресивнија. Други фактори, као што су пХ, јонска снага, влага, присуство кисеоника и однос између површина метала који се оксидује и који се смањују, такође су важни.

Механизми

Појмови и реакције

Пре него што се позабавимо механизмима који стоје иза галванске корозије, требало би разјаснити одређене концепте.

У редокс реакцији једна врста губи електроне (оксидира), док друга добија (смањује). Електрода на којој се догоди оксидација назива се анода; а на коме долази до редукције, катода (на енглеском се обично памти правило мнемонско правило редцат).

Дакле, за електроду (комад, вијак, итд.) Металног М, ако он оксидира, каже се да је анода:

М => М ^{н +} + не ^-

Број ослобођених електрона биће једнак величини позитивног набоја резултирајућег катиона М ^{н +} .

Затим друга електрода или метал Р (оба метала морају бити у контакту на неки начин), примају ослобођене електроне; али ово не пролази хемијску реакцију ако добије електроне, јер би их само проводило (електричну струју).

Стога мора постојати још једна врста у раствору која може формално прихватити те електроне; као лако редуковани јони метала, на пример:

Р ^{н +} + не ^- => Р

Односно, формирао би се слој метала Р, а електрода би стога постала тежа; док би метал М изгубио масу због растварања атома.

Деполаризери

Шта ако нема катиона метала који би се могли лако редуковати? У том случају ће друге врсте присутне у медију узимати електроне: деполаризаторе. Они су блиско повезане са пХ: О ₂ , Х ⁺ , ОХ ^- и Х ₂ О.

Кисеоник и вода добијају електроне у реакцији израженој следећом хемијском једначином:

О ₂ + 2Х ₂ О + 4е ^- => 4ОХ ^-

Док су Х ⁺ јони се трансформишу у Х ₂ :

2Х ⁺ + 2е ^- => Х ₂

Она односно врсту ОХ ^- и Х ₂ су заједнички производи галванска или електрохемијски корозију.

Чак и ако метал Р не учествује у ниједној реакцији, чињеница да је племенитији од М потиче његову оксидацију; и последично, доћи ће до веће производње ОХ ^- јона или гасова водоника. Јер, на крају крајева, управо је разлика између редукцијских потенцијала, ΔЕ, један од главних покретача ових процеса.

Корозија гвожђа

Корозијски механизам за гвожђе. Извор: Википедиа.

Након претходних појашњења, може се обратити примеру корозије гвожђа (горња слика). Претпоставимо да постоји танки слој воде у коме се раствара кисеоник. Без присуства других метала, тон реакције ће поставити деполаризатори.

Тако ће гвожђе изгубити неке атоме са своје површине да би се растварало у води као Фе ²⁺ катиони :

Фе => Фе ²⁺ + 2е ^-

Два електрона ће проћи кроз комад гвожђа јер је добар проводник електричне енергије. Отуда је познато оксидација или место аноде; али не и тамо где ће се одвијати смањење или локација катодног места. Место са катодом може бити било где; а што је већа његова могућа површина, метал ће се још више кородирати.

Претпоставимо да електрони достижу тачку као што је приказано на горњој слици. Тамо и кисеоника и воде подвргнути реакцију већ описано, чиме ОХ ^{- се} отпушта . Ови ОХ ^- аниони могу реаговати са Фе ²⁺ да формирају Фе (ОХ) ₂ , који се таложи и подвргава се следећим оксидацијама које га на крају претварају у хрђу.

У међувремену, место аноде пукне све више и више.

Примери

У свакодневном су животу бројни примери галванске корозије. Не морамо се позивати на гвоздену круну: било који артефакт направљен од метала може проћи исти поступак у присуству влажног и сланог окружења.

Поред плаже, зима може да пружи и идеалне услове за корозију; на пример, када лопате соли у снег на путу како би се спречило клизање аутомобила.

Са физичке тачке гледишта, влага се може задржати у завареним спојевима двају метала, активним местима корозије. То се догађа зато што се оба метала понашају као две електроде, при чему реактивнија губи електроне.

Ако је производња ОХ ^- јона значајна, може чак и нагризати боју аутомобила или уређаја у питању.

Анодни индекси

Може се конструисати сопствене примере галванске корозије користећи таблице потенцијала за смањење. Међутим, табела анодног индекса (поједностављена сама по себи) ће бити изабрана да илуструје ову тачку.

Анодни индекси за различите метале или легуре. Извор: Википедиа.

Претпоставимо на пример да смо желели да направимо електрохемијску ћелију. Метали који су на врху табеле анодног индекса су више катодни; то јест, они се лако смањују и зато ће бити тешко имати их у решењу. Док су метали који се налазе на дну више су анодни или реактивни, и лако се кородирају.

Ако одаберемо злато и берилијум, оба метала не би могла дуго да буду заједно, јер би се берилијум изузетно брзо оксидирао.

А ако с друге стране имамо раствор Аг ⁺ јона и у њу уронимо алуминијумску шипку, она ће се истовремено растопити да преципитирају металне честице сребра. Ако би се ова шипка повезала са графитном електродом, електрони би путовали до ње да би на њу електрокемијски депоновали сребро као филм сребра.

А ако је уместо алуминијумске шипке направљен од бакра, раствор би постао плавкаст због присуства Цу ²⁺ јона у води.

Електрохемијска заштита од корозије

Жртвени премази

Претпоставимо да желите да заштитите поцинчани лим од корозије у присуству других метала. Најједноставнија опција била би додавање магнезијума, који би премазао цинк тако да, кад се оксидира, електрони који се ослобађају из магнезијума смањују повратне катионе Зн ²⁺ .

Међутим, МгО филм на цинку би пре и касније завршио пуцање, пружајући анодна места високе густоће струје; то јест, корозија цинка би се нагло убрзала управо у тим тачкама.

Ова техника заштите од електрохемијске корозије позната је као употреба жртвених облога. Најпознатији је цинк, који се користи у познатој техници која се зове поцинчавање. У њима је метал М, посебно гвожђе, обложен цинком (Фе / Зн).

Поново, цинк оксидира и његов оксид служи за прекривање гвожђа и преношење на њега електрона који смањују Фе ²⁺ који се могу формирати.

Племенити премази

Претпоставимо поново да желите да заштитите исти лист цинка, али сада ћете користити хром уместо магнезијума. Хром је племенитији (катодни, види табелу анодних бројева) од цинка и зато делује као племенити премаз.

Проблем ове превлаке је што једном пукне, додатно ће промовисати и убрзати оксидацију метала испод; у овом случају цинк би кородирао чак и више него што би био премазан магнезијумом.

И на крају, постоје и други премази који се састоје од боја, пластике, антиоксиданата, масти, смола итд.

Експеримент за децу

Плоча гвожђа у растварању бакарних соли

Једноставни експеримент се може смислити из исте табеле анодних индекса. Распуштање разумну количину (мање од 10 грама) од ЦуСО ₄ · 5Х ₂ О в воде, дете се тражи да дип у сјајном гвозденом тањиру. Снимљена је фотографија и поступак се пушта током неколико недеља.

Раствор је у почетку плавкаст, али почеће да бледи док пеглана плоча поприми бакрену боју. То је због чињенице да је бакар племенитији од гвожђа, па ће зато његови Цу ²⁺ катиони бити редуковани у метални бакар из јона добијених оксидацијом гвожђа:

Фе => Фе ²⁺ + 2е ^-

Цу ²⁺ + 2е ^- => Цу

Чишћење сребрним оксидом

Сребрни предмети временом постају црни, нарочито ако су у контакту са извором сумпорних једињења. Његова хрђа може се уклонити потапањем предмета у каду са водом са бикарбоном и алуминијумском фолијом. Сода бикарбона обезбеђује електролите који ће олакшати транспорт електрона између објекта и алуминијума.

Као резултат тога, дете ће схватити да предмет губи црне тачке и да ће светлити карактеристичном сребрном бојом; док ће алуминијумска фолија кородирати и нестати.

Референце

1. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија. (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
2. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. (2008). Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Учење.
3. Википедиа. (2019). Галванска корозија. Опоравак од: ен.википедиа.орг
4. Степхен Ловер. (16. јуна 2019). Електрохемијска корозија. Цхемистри ЛибреТектс. Опоравак од: цхем.либретектс.орг
5. Отворени универзитет. (2018). 2.4 Процеси корозије: галванска корозија. Опоравак од: опен.еду
6. Корисничка техничка служба Брусх Веллман Инц. (сф). Водич за галванску корозију. Четка Веллман-ове материјале.
7. Гиоргио Царбони. (1998). Експерименти у електрохемији. Опоравак од: фунсци.цом