Коррозионные гальванические элементы
Процессы окисления металлов при контакте с растворами электролитов имеют целый ряд специфических особенностей, позволяющих объединить их по механизму протекания в большую группу процессов электрохимической коррозии. Рассмотрим для примера типичный случай электрохимической коррозии - растворение железа в разбавленной серной кислоте: Fe + H2SO4= FeSO4+ H2. Как известно, приведенную реакцию можно записать и так: Fe + 2H+= Fe2++ H2. Последняя форма записи наглядно показывает, что сущность рассматриваемого процесса заключается в передаче электронов от железа к ионам водорода. При этом металл окисляется, переходя из незаряженной формы Fe (ион-атомы, расположенные в узлах кристаллической решетки и находящиеся в равновесии с электронным газом) в форму положительно заряженного иона Fe2+, а водород восстанавливается, т.е. переходит из ионного состояния Н+в молекулярное Н2. Если такой переход электрона от металла к окислителю осуществляется в одном элементарном акте (напрямую), то процессы окисления металла и восстановления окислителя происходят одновременно и коррозия протекает по химическому механизму. Если же окисление металла и восстановление окислителя представляют собой два различных элементарных акта, то такой коррозионный процесс протекает по электрохимическому механизму. Необходимо подчеркнуть, что возможность разделения актов окисления и восстановления обусловлена именно наличием среды, обладающей ионной проводимостью. В упрощенном виде это показано на рисунке 3.1. На участке А (аноде) ион-атом металла, например Fе переходит в раствор в виде положительно заряженного иона - Fе2+, электроны же в результате этого акта остаются в объеме корродирующего металла, сообщая его поверхности некий отрицательный заряд. А на участке К (катоде) находящиеся в коррозионной среде, например, ионы H+, адсорбируются на поверхности металла, принимают избыточные электроны и в восстановленном виде (в виде молекулы Н2) возвращаются в раствор. Таким образом, при электрохимической коррозии суммарная коррозионная реакция состоит из двух сопряженных реакций: 1. Fe = Fe2++ 2e (3.1) 2. 2H++ 2e = H2 (3.2) Или в более общем виде: 1. Me = Men++ ne (3.3) 2. D + ne = [Dne], (3.4)
где D - деполяризатор (окислитель), присоединяющий к себе n электронов, освобождающихся при ионизации металла. Причем в качестве деполяризаторов могут выступать самые разнообразные ионы и молекулы: ионы Н+, Меn+, анионы кислот; молекулы кислорода, перекиси водорода, галоидов, а также нерастворимые оксиды и гидроксиды или органические соединения. Реакция 1 называется анодной реакцией, реакция 2 - катодной. а результирующий коррозионный процесс при таком подходе можно рассматривать как работу системы коррозионных микрогальванических элементов. Необходимое условие существования подобной системы - наличие на поверхности металла участков, различающихся по своим электрохимическим свойствам настолько, что это позволяет им образовывать гальванические пары анод - катод. Выполнение указанного условия гарантируется тем, что поверхность реального сплава всегда электрохимически неоднородна, причем на величину электрохимического потенциала участка поверхности влияют не только микронеоднородности структуры металла (различие в составе и ориентации кристаллитов, наличие включений, границ зерен), но и субмикронеоднородности (дефекты кристаллической структуры, инородные атомы в кристаллической решетке и т.п.). Важнейшая особенность электрохимического механизма химических реакций - это необязательность прямого контакта реагирующих частиц друг с другом, а вместо этого обязательность их контакта с металлом или иным проводником первого рода. Именно этой особенностью обеспечивается, во-первых, низкий (по сравнению с химическим механизмом) энергетический барьер подобных реакций, а во-вторых, - возможность пространственного разделения анодной и катодной реакций на поверхности электрода, обладающего металлической проводимостью. Последнее обстоятельство имеет огромное практическое и теоретическое значение.
|
Рис. 3.1. Принципиальная схема процесса электрохимической коррозии.
