Окислювально-відновні властивості води
В окисно-відновних процесах вода, а також складові її катіони водню гідроксид-іони можуть виступати в ролі окислювача і відновника. Як відновник, вода може окислюватися до кисню. Цьому процесу в кислому і лужному середовищах відповідає ОВПОТ напівреакцій:
О2 + 4H + + 4e 2H2 O E o = + 1,23B, в кислому рН = 0
О2 + 2Н2 О + 4e 4OН - Е о = + 0,40В, в лужному рН = 14
Значення ОВПОТ показують, що вода дуже слабкий відновник.
Як окислювач вода характеризується потенціалом реакції відновлення з утворенням водню:
2Н + + 2е Н2 E o = 0B, в кислому середовищі
2Н2 О + 2е → Н2 + 2ОН - Е о = - 0,83В, в лужному.
Очевидно, що всі відновники, що мають потенціали нижче потенціалу відновлення водню, можуть виділяти водень з водних розчинів. Практично через кінетичних утруднень виділення молекулярного водню межа відновної здатності водних розчинів на кілька десятих вольт нижче (например не -0,83В, а -1,23В). Ця додаткова різниця потенціалів називається перенапругою виділення водню. Перенапруження виділення водню визначається механізмом реакції і залежить, зокрема, від природи і поверхні відновлювача-металу. Наприклад, перенапруження виділення водню на ртутному електроді становить 0,8 В, а на чорненої платині, що каталізує цей процес, дорівнює нулю. Свинець погано розчиняється в соляній і розведеної сірчаної кислотах не тільки через освіту щільною сольовий плівки, а й з-за високого перенапруги виділення водню на свинці. На малюнку показаний пунктирною лінією середній ефективний потенціал виділення водню з урахуванням перенапруги в 0,5 В. Практично це означає, що більшість металів розчиняються в кислотах з виділенням водню, а найбільш активні - лужні, лужноземельні, лантаноїди і актиноїди - в воді і лужних розчинах.
корозія металів
Корозія - це процес мимовільного руйнування під впливом навколишнього середовища. Від 5 до 30% видобутого кількості металів в рік руйнується в процесі корозії. Виходять з ладу машини, механізми, їх деталі, що вимагає ремонту, демонтажу обладнання, приводячи до великих економічних втрат - приблизно 4% національного доходу в промислово розвинених країнах.
Причина корозії - термодинамічна нестійкість металів в навколишньому середовищі, тобто процес окислення металів за участю кисню - мимовільний процес ΔG <0. Главными факторами, вызывающими коррозию являются:
- вплив атмосферного повітря;
- занурення в воду і водні розчини;
- вплив грунтової вологи;
- вплив агресивних газів;
- занурення в агресивні хімічні середовища.
Наочний процес корозії - це іржавіння залізної даху. Навіть при ретельному догляді через 5 років починається активне руйнування мталла в результаті корозії.
Класифікація видів корозії:
- за характером зміни поверхні металу (суцільна, виборча, межкристаллитная, виразкова);
- за типом корозійного середовища (атмосферна, газова, корозія в електролітах, в неелектролітами);
- за механізмом взаємодії з середовищем (хімічна, електрохімічна, біологічна, радіаційна).
Часто залізо, мідь і інші метали покриваються суцільними оксидними плівками. Іноді вони невидимі, якщо їх товщина не перевищує 400А °. Кольори мінливості нам видно у плівок від 400 до 5000А, а чітко видимі для нас плівки мають товщину понад 5000А. (Наприклад, окалина на сталі).
Виразкова корозія - це така корозія. При якій окремі ділянки металу піддаються корозії, при цьому зменшується механічна міцність деталі.
Швидкість корозії вимірюється зміною маси втраченого (окисленого в процесі корозії) металу на одиницю поверхні в одиницю часу: w = m / S. Одиниці виміру: мг / (м 2 · год), мг / (м 2 · год). Для визначення швидкості корозії використовують масові, об'ємні і фізичні методи. Масові методи утруднені процесом видалення продуктів корозії, тому найчастіше визначають загальний приріст зразка і якісний склад продуктів окислення, а потім перерахунком встановлюють кількість втраченого металу. Об'ємний метод заснований на вимірюванні об'єму поглиненого кисню або виділився водню (застосовується для електрохімічної корозії). Фізичні методи застосовуються для оптичного вимірювання товщини плівок, що утворилися на поверхні металу. У разі електрохімічної корозії вимірюють величини корозійного струму (або щільності струму) і розраховують масу прореагировавшего металу відповідно до закону Фарадея. На швидкість корозії впливають різні фактори: температура, склад електроліту, кислотність середовища (рН), присутність аніонів хлору, брому, йоду, що прискорюють корозійні процеси. Температурна залежність швидкості електрохімічної корозії неоднозначна, тому що з ростом температури розчинність кисню знижується, що істотно гальмує процес корозії при, температурах, близьких до 100 о С. Вплив рН сильно позначається на коррозионном процесі: для алюмінію мінімальна швидкість корозії при рН = 7; зміна рН як у велику, так і в меншу сторону призводять до різкого збільшення швидкості корозії. Інакше поводиться залізо: з ростом рН швидкість корозії зменшується, а в лужному середовищі настає пассивация.
Існує 10-тибальною шкала корозійної стійкості металів:
Коеф. стійкості v (мг / (м 2 · год)
- абсолютно стійкі 1 10 -3
- добре стійкі 2-3 10 -3 - 10 -2
- відносно стійкі 3-4 10 -2 - 10 -1
- відносно стійкі 8-9 1-10
У практиці використовуються метали з коефіцієнтом стійкості 3-4.
Корозійна стійкість металів в періодичній таблиці:
1гр. - стійкість збільшується Cu, Ag, Au;
2гр. - нестійкі Be, Ba; більш стійкі Zn, Cd, Hg;
3гр. - Al (покритий оксидною плівкою);
4гр. - хімічно стійкі Sn, Pb (оксидна плівка).
Метали 5,6, 7,8 груп в парних рядах мають високу здатність до пасивації, і отже стійкі до корозії: Тi, V, Cr, Co, Mo. Найбільш корозійно стійкі - це метали 8 групи, особливо важчі: Оs, Ir, Pt.