Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды»




НазваниеЛабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды»
Дата публикации01.08.2013
Размер94.4 Kb.
ТипЛабораторная работа
zadocs.ru > Физика > Лабораторная работа
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
«Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды»
Цель работы: получение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды

Оборудование: иономер , стеклянный электрод, хлорсеребряный электрод, два химических стакана на 200 мл, исследуемый электрод, бюретка для титрования, образцы металлов (алюминия, железа, цинка, меди, стали, латуни, бронзы и т.д.)

Реактивы: 0,1 Н раствор HCl (приготовленный из фиксанала); 0,1 Н раствор NaOH; раствор морской соли 10%; 0,25 Н раствор уксусной кислоты СН3СООН; растворы NaCl с известным значением рН среды.



  1. ^ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ


Потенциал изолированного металла в растворе собственных ионов принимает равновесное значение вследствие того, что устанавливаются равные скорости ионизации металла и обратного процесса разряда ионов металла из раствора. Оба эти процесса сбалансированы, и количество вещества, переносимое в единицу времени через границу металл-раствор в одном и другом направлении, одинаково, как и количество электрических зарядов. Благодаря этому не происходит потери металла, а его потенциал сохраняет своё постоянное значение (что является признаком баланса электрических зарядов).

Поместим теперь металл в раствор кислоты. Как показывает опыт, его потенциал также принимает постоянное значение, Однако этот потенциал не является равновесным. Это следует из того, что металл непрерывно переходит в раствор.

Потенциал, при котором протекает электрохимическая коррозия носит название стационарного потенциала Ест. Постоянство во времени Ест указывает, что и в данном случае соблюдается баланс электрических зарядов, притекающих к поверхности металла из раствора и уходящих с металла в раствор. Однако на этот раз материальный баланс вещества уже не имеет места.

В результате растворения металла возле его поверхности в растворе образуется некоторое количество одноименных ионов и это создает условие для протекания обратного процесса разряда этих ионов на металле. Следовательно, уже имеются два сопряженных электрохимических процесса: ионизация металла и разряд его ионов. Но в отличие от равновесного металлического электрода в данном случае эта пара электрохимических процессов не является единственной. На поверхности металла происходит также разряд водородных ионов и водород удаляется в виде пузырьков в атмосферу, но наряду с этим частично протекает эго ионизация, т.е. обратный переход ионов водорода в раствор. Это дает вторую пару сопряженных процессов, протекающих на поверхности металла. В зависимости от рН среды на каждом конкретном металле, буду протекать свои сопряженные процессы.

Зависимость стационарных потенциалов металлов от концентрации водородных ионов линейна и может быть определена соотношением:

0,0591

Ест0ст - ----------рН (1)

α1z+β2
Угловой коэффициент прямой Ест – рН отличается от значения (2,3RT)/F для водородного электрода, поскольку сумма α1z+β2 не равна единице.

Влияние рН, на скорость коррозии растворяющегося металла, может быть выражена соотношением:

α1z

lg iкорр= const - ---------- рН (2)

α1z+β2



    1. ^ Влияние pH. Диаграммы Пурбе.
      Диаграмма Пурбе для системы Al – H
      2O.


Диаграммы потенциал-рН для железа.

При решении коррозионных проблем очень полезно использование диаграмм потенциал — рН, называемых также диаграммами Пурбе по имени бельгийского ученого. На рисунке представлена упрощенная диаграмма Пурбе для железа, помещенного в водный раствор электролита при температуре 25°С и концентрации ионов металла 10-6 моль на литр раствора.


Рис.2. Диаграмма потенциал—рН дня железа
В случае более низкой концентрации ионов Fe2+ условно считают, что железо не корродирует.

Наклонная линия а выражает равновесный потенциал водородного электрода в зависимости от рН, линия б — равновесный потенциал кислородного электрода. Потенциал как водородного, так и кислородного электрода уменьшается на 0,059В при возрастании рН на единицу. Между линиями а и б находится область термодинамической устойчивости воды, ниже линии а происходит восстановление воды с выделением водорода, выше линии б — окисление воды с выделением кислорода.

Непрерывные линии определяют границы участков устойчивости, пассивности и коррозии железа при разных значениях потенциала и рН. Все наклонные линии соответствуют равновесиям процессов окисления и восстановления, зависящим от рН, например:

Fe2+ + ЗН2О Fe(OH)3 + 3H+ + е (линия 1)

Горизонтальные линии соответствуют равновесиям, не зависящим от рН:

Fe Fe2+ + 2e (линия 2).

Вертикальные линии соответствуют равновесиям, не зависящим от потенциала:

Fe3+ + 3H2O Fe(ОН)3 + ЗН+ (вертикальный участок линии 1).

Fe(OH)2 HFeO2- + Н+ (линия 3).

Диаграмма указывает на существование двух областей коррозии железа: одной, где образуются ионы Fe2+ и Fe3+ (в средах с рН ниже 9) и другой, где возникают ионы HFeO2- (в сильнощелочных средах). Если бы, например, железный электрод, погруженный в деаэрированный раствор с рН = 6, находился только в условиях равновесия с ионами Fe2+, то величина его потенциала определялась бы горизонтальной линией 2. Однако на электроде одновременно протекает другой процесс — восстановление водородных ионов (коррозия железа с водородной деполяризацией), характеризующийся потенциалом, значение которого определяется точкой на линии а, соответствующей рН = 6. В результате одновременного протекания двух сопряженных электродных реакций устанавливается коррозионный (смешанный) потенциал, значение которого находится между значениями равновесного потенциала водородного электрода и потенциала железного электрода, находящегося в равновесии с ионами Fe2+ (точка 4 на рис.2).

С помощью диаграммы можно определить способы уменьшения коррозии железа:

Протекторная и катодная защита.

Протекторная и катодная защита заключается в катодной поляризации металла до потенциала, при котором замедляется процесс ионизации. Источником поляризующего тока может быть гальванический элемент: защищаемая металлическая конструкция - электрод с весьма отрицательным потенциалом (протектор) или внешний источник постоянного тока.
^ Система алюминий вода. В данной системе можно представить небольшое число реакций, если считать, что окисление алюминия идет в одну ступень до трехвалентного состояния. Это следующие реакции и соответствующие им уравнения, определяющие равновесные потенциалы, активности потенциалопределяющих ионов и рН раствора:

1. Аl= Аl3+ +3e,


Равновесные потенциалы сопряженных катодных реакций даны соответственно линиям а и б при rh = 0 и гО = 0 (рис.3).


Рис.3. Е,рН-диаграмма системы алюминий – вода
Если активность потенциалопределяющих ионов принять равной единице, то получим Е, рН - диаграмму для этой системы (см. рис.3). Прямые, отвечающие тем или иным равновесным реакциям, обозначены номерами соответствующих химических уравнений. Рассмотрим как используется диаграмма для определения термодинамически возможных анодных и катодных коррозионных процессов на алюминии в воде, когда активность потенциал - определяющих ионов равна единице, р=1 атм, Т = 298К.

Возьмем точку J (см. рис.3). Это область отрицательных потенциалов, когда процессы анодного растворения алюминия невозможны, но термодинамически вероятны катодные реакции восстановления растворенного кислорода (б), ионов водорода (а) и гидроксида алюминия (4). Следовательно, в точке J коррозии алюминия не будет. Если потенциал алюминия равен значению ординаты точки II, то должно идти анодное растворение по реакции 1, а катодными процессами будут реакции а и б, т. е. при этом потенциале алюминий должен разрушаться. Действительно, алюминий в кислых средах испытывает значительную коррозию. Теперь изменим рН раствора до точки III. Анодным процессом здесь уже будет реакция 4, а катодные процессы останутся прежними. В таком случае коррозия алюминия термодинамически неизбежна, но практически ее не будет, так как образовавшийся по реакции 4 гидроксид покрывает поверхность алюминия и тормозит протекание коррозионных процессов. Увеличивая значение рН раствора, приходим в точку IV, когда становится возможной реакция 5 с образованием растворимых продуктов. Алюминий при таких значениях рН раствора, как и в кислых средах, коррозионно неустойчив. При потенциалах точки V, как и во втором случае (точка II), идет анодное растворение алюминия (реакция 1), но катодной реакцией будет только восстановление кислорода. При более положительных потенциалах, чем потенциал линии б, исключаются все катодные процессы и остаются только анодные. Коррозии как сопряженного процесса анодных и катодных реакций при этом не будет. Алюминий выступает как анод, на котором протекают только анодные процессы.

Рассмотренная Е, рН-диаграмма для системы алюминий — вода является неполной, так как в ней не учтена возможность образования катионов AlOH2+ Al(OH)2+, отвечающих основным солям алюминия. В щелочных растворах помимо алюмината AlO2-, видимо, может образовываться также Н2AlO3. Гидроксид алюминия имеет несколько модификации различной степени гидратации, что также не учтено.

В водных растворах основная анодная реакция.

(1.2)

На диаграмме «электродный потенциал -- рН» (диаграмме Пурбе) область реакции (1.2) находится при рН, больших определяемых уравнением

(1.3)

Уравнение, связывающее потенциал и рH:

(1.4)

Основной катодный процесс в нейтральной среде, сопряженный с реакцией (1.2):

(1.5)

На диаграмме Пурбе область ее осуществления ограничена линией, уравнение которой

(1.6)

Для реализации ВО необходим процесс водородной деполяризации, который в нейтральной среде представлен реакцией

(1.7)

(1.8)

Реакция (1.7) возможна при потенциалах отрицательнее (1.8) и рН, меньших определяемых уравнением (1.3). Такие условия возникают в питтингах и трещинах за счет реакции гидролиза (1.3):

(1.9)


^ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Приготовление растворов.
Исходя из задания преподавателя,

  • в работе используют растворы NaCl (или другие коррозионные среды) с уже известным значением рН среды или готовят их самостоятельно;

  • в случае самостоятельной подготовки растворов с различным диапазоном рН среды (от 1 до 14) в качестве исходного раствора берут 0,1 Н раствор HCl (приготовленный из фиксанала), который титруют 0,1 Н раствором NaOH до достижения определенного значения рН. Таким образом, коррозионной средой является водный раствор NaCl различной концентрации с известным значением рН. Первое (рН=2,22) и последнее (рН=13,21) измерения проводят соответственно в 0,1 Н растворе HCl и 0,1 Н растворе NaOH, Стандартное значение стационарного потенциала определяют в 1Н растворе HCl.


^ 2.2. Подготовка образца.
В качестве исследуемого образца используют технический алюминий (медь, цинк, железо, сталь, латунь, бронзу – по заданию преподавателя), который перед каждым опытом зачищают наждачной бумагой, промывают дистиллированной водой и затем обезжиривают спиртом.
^ 2.3. Методика эксперимента.
В качестве рабочей ячейки используют химический стакан, ёмкостью 200 см3, в который помещают рабочий электрод (изготовленный согласно рис.4.) и электрод сравнения. Электродом сравнения служит стандартный хлор-серебряный электрод (Е0=0,222 В).

В стеклянную трубку рабочего электрода наливают раствор с известным значением рН, выдерживают в течение 3 минут и фиксируют значение ЭДС. Для фиксации ЭДС используют …… Результаты эксперимента заносят в таблицу 1.





Рис.4. Устройство рабочего электрода

  1. стеклянная трубка

  2. корковые пробки, вымоченные в насыщенном растворе KCl

  3. рабочий раствор с известным значением рН

  4. металлическая пластинка



Таблица 1.


№ п/п

рН раствора

Ест.,хсэ.,В

Ест.,нвэ.,В

1.

2.










Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №8 Изучение поглощения космического излучения в свинце
Цель работы: изучение зависимости интенсивности падающего космического излучения от толщины пройденных им свинцовых пластин

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №1
Цели и задачи: начальное знакомство с системой, вход в систему, работа в терминальном режиме, изучение основных команд Unix, изучение...

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №2 Изучение основных принципов построения sdh цель работы
Цель работы: Изучение принципов построения и функционирования Синхронной Цифровой Иерархии sdh. Изучение структуры и состава информационных...

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа № Лабораторная работа №3 Тема: «Работа с панелью...
Основные приемы работы(контекстное меню, выделение, группирование объектов, перетаскивание мышью, получение справки)

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №7
Изучение конструкций и определение технико-эксплуатационных показателей строительных кранов

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №5. Генерация отчетов в субд access лабораторная...
Лабораторная работа №3. Изменения экранного образа таблицы в субд access лабораторная работа №4. Простые и сложные запросы к базе...

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №1
Цель работы: изучение технологических процессов сборки и монтажа бескорпусных полупроводниковых больших интегральных микросхем

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconИзучение конструкции базовой машины
Лабораторная работа предназначена для изучения одного из видов базовых машин гусеничных тракторов

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №6
Изучение конструкций и определение технико-эксплуатационных показателей машин для уплотнения грунта и резания мерзлых грунтов

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости стационарного потенциала металла от рН коррозионной среды» iconЛабораторная работа №2 тема : изучение аквариумных растений
Короткая Л. И., Литвинова Т. А., Соколов О. А., Коваленко Ю. С. «Кошки, собаки, попугаи и др.» Киев, 1994

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов