Металдар коррозиясы

Жоспар
Кіріспе

КІРІСПЕ
КОРРОЗИЯ ТҮРЛЕРІ
Коррозия типтері
ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ КОРРОЗИЯНЫҢ ЖАҒДАЙЛАРЫ
МЕТАЛДАРДЫ КОРРОЗИЯДАН ҚОРҒАУ
І. Металдық жабындар
2. Химиялық қаптау
3. Металл еместермен қаптау
4. Электрохимиялық қорғау
5. Ингибиторды қолдану
3. Алюминидің коррозиясы
4. Коррозияның стимуляторлары
5. Коррозияның ингибаторлары
6. Мыстың қатысуымен темірдің коррозиясы
7. Темірді оксидтік жұқа қабықпен қаптау
8. Темір қыздырғанда тотығу.

Металдар мен құймалардаың қоршаған ортамен өзара әрекеттесуінен химиялық бұзылуын металдардың коррозиясы деп атайды.
Дүние жүзінде балқытатын болаттардың төрттен бір бөлігі яғни ондаған миллион тоннасы коррозия нәтижесінде жоғалады. Мұндай үлкен цифр шындықтың көлемін жоғалтуда қамтып көрсетпейді. Коррозиядан тек қана металдар емес, үлкен еңбекпен істелген күрделі формасы мен дәл өлшемі көрсетілген дайын бұйымдарда күйрейді. Бұл мбұйымдардың құны жасалған металдың құнынан әлденеше жоғары. Коррозияның мынадай, атмосфералық құбылыстардың әсерінен: жауын-шашыннан, температураның түсуінен, желден болады. Нәтижеде коррозия металдың тотыққа айналуы міндетті емес.
Коррозия өнімдері ортасында – гидроксидтер мен хлоридтер және басқа қышқыл тұздар болады. Кез келген металдар тотығу жағдайына өтуі, металдар оксидтерінің сол металдармен салыстырғанда өте жоғары тұрақтылығымен байланысты болады. Химиялық реакцияда әдетте энергияның бөлінуі мен сіңірілуі жүретіні белгілі. Бірінші жағдайда реакция өніміне жақындайтын энергия қалдықтары алғашқы өнімнен аз, екінші жағдайда керісінше. Мұндай өзгерістің санын бақылауға бос энергия немесе Гиббс энергиясы түсінігі кіреді.
Берілген реакция негізінде жүретін, реакция үшін бұл өлшемдердің өзгеруі, тұрақты температура мен қысымда жүретін максималдық жұмысқа тең.
Бұдан шығатыны реакция Гиббс энергиясы өзгеруі үшін теріс, энергия бөлініп жүретін, яғни алғашқы өнімге қарағанда, өнімдер оның қалдықтарынан аз болады. Мұндай реакциялар сөздігінен жүреді.
Стандарттық жағдайда кейбір металдардың оттегімен реакцияда Гиббс энергиясының қалай өзгеруін анықтамадан қарауға болады.

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Металдар коррозиясы

КІРІСПЕ
Металдар мен құймалардаың қоршаған ортамен өзара әрекеттесуінен
химиялық бұзылуын металдардың коррозиясы деп атайды.
Дүние жүзінде балқытатын болаттардың төрттен бір бөлігі яғни ондаған
миллион тоннасы коррозия нәтижесінде жоғалады. Мұндай үлкен цифр шындықтың
көлемін жоғалтуда қамтып көрсетпейді. Коррозиядан тек қана металдар емес,
үлкен еңбекпен істелген күрделі формасы мен дәл өлшемі көрсетілген дайын
бұйымдарда күйрейді. Бұл мбұйымдардың құны жасалған металдың құнынан
әлденеше жоғары. Коррозияның мынадай, атмосфералық құбылыстардың әсерінен:
жауын-шашыннан, температураның түсуінен, желден болады. Нәтижеде коррозия
металдың тотыққа айналуы міндетті емес.
Коррозия өнімдері ортасында – гидроксидтер мен хлоридтер және басқа
қышқыл тұздар болады. Кез келген металдар тотығу жағдайына өтуі, металдар
оксидтерінің сол металдармен салыстырғанда өте жоғары тұрақтылығымен
байланысты болады. Химиялық реакцияда әдетте энергияның бөлінуі мен
сіңірілуі жүретіні белгілі. Бірінші жағдайда реакция өніміне жақындайтын
энергия қалдықтары алғашқы өнімнен аз, екінші жағдайда керісінше. Мұндай
өзгерістің санын бақылауға бос энергия немесе Гиббс энергиясы түсінігі
кіреді.
Берілген реакция негізінде жүретін, реакция үшін бұл өлшемдердің
өзгеруі, тұрақты температура мен қысымда жүретін максималдық жұмысқа тең.
Бұдан шығатыны реакция Гиббс энергиясы өзгеруі үшін теріс, энергия
бөлініп жүретін, яғни алғашқы өнімге қарағанда, өнімдер оның қалдықтарынан
аз болады. Мұндай реакциялар сөздігінен жүреді.
Стандарттық жағдайда кейбір металдардың оттегімен реакцияда Гиббс
энергиясының қалай өзгеруін анықтамадан қарауға болады.
Металл оксидтер Гиббс энергиясы
(қатты жағдайда)

Көрсетілген кестеде барлық жағдайларда Гиббс энергиясы теріс, мұнан сол
металдардың оксидтері тұрақты екенін көруге болады. Бұдан қорытынды
шығарсақ, бұл металдар бос күйінде тұрақты емес, атмосферада оттегі
түзіліп тотыққа айналады.
Коррозия – тотығу-тотықсыздану процессі, шекара бөлімінде жүретін
газдарда, ауада, суда, электролиттік ертінділерде, топырақта және
органикалық еріткіштерде жүреді.

КОРРОЗИЯ ТҮРЛЕРІ

Металдар коррозиясының негізгі түрлері бүліну жағдайымен анықталады:
1) тұтас – (теңдей және тең емес) – метал беттерінің бүлінуін айтады.
2) Бір жердің қабынуы – лекальды зақымданған, бет жағының көп бөлігіне
тимеген – дақ түріне не болуы мүмкін.
3) Интеркристалдық – металдың ішіне енген коррозия
4) Транокристалдық – түйір арқылы сызықтарында болатын коррозия
5) Сайланған – құймада бір компоненті бөлінетін, мысалы, мырышсыз латун
6) Астыңғы жағын металл қабатының төменгі жағын зақымдайтын бет жағынан
басталатын коррозия
Металдар бүлінуінің механизіміне қарай коррозия химиялық және
электрохимиялық болып екіге бөлінеді.

К о р р о з и я т и п т е р і
І. Химиялық коррозия – қоршаған ортадағы жүйеде электр тоғы түзілмей
металдардың бүлінуін айтады.

1-сурет. Химиялық коррозиянеың схемасы.
Газ коррозиясы үлкен зиян келтіреді: мұндағы активті заттар СО2, СІ2,
NO2, NH3, SO2, SO3, H2S, HCI және т.б реакцияда металдармен қатысып,
нәтижеде техникалық қасиеттері төмен химиялық заттар тұзеді Бұдан
детальдардың қатысуымен аппараттар, өнеркәсіп пештері бүліне бастайды.
Әсіресе бұл процесс өте жоғары температурада болады.
Электролит еместердегі химиялық коррозияға іштен жанатын двигательдердің
цилиндрлерінің бұзылуы мысал болады. Отында күкірт және қосылыстарының
қоспалары бар. Олар жанғанда күкірт және оксидтеріне – коррозиялаушы
активті заттарға айналады. Олар реактивті двигательдердің детальдарын
бұзады.
Коррозияның екінші типі – электрохимиялық коррозия іс жүзінде
қолданылады.
ІІ. Электрохимиялық коррозия – деп жүйенің ішінде электр тоғы түзілу
арқылы электролиттерде металдардың бүлінуін айтады. (2-сурет)

2-сурет. Электрохимиялық коррозияның схемасы

Электрохимиялық коррозияны негізінен басқа металдар мен олардың
қоспалары немесе беттің біркелкі еместігі туғызады. Ахимов және оның
мектебі электрохимиялық коррозия бойынша бұл жағдайларды электролит пен
(ауадағы адсорбцияланған ылғал электролит болуы мүмкін) металл түйскенде
оның бетінде көптеген гальваникалық микроэлементтер пайда болады.
Бұдан металл бөлшектері аногд қоспаларының ылғалдануын – катод деп
атайды, катодта электрондар байланысып жүріп анодта ериді. Сонымен
электрондар тоғы активтілеу металдан активсіздеуге (электродтық потенциал
өлшемі аз бағытталған және активтілеу металл коррозияланады. Стандартты
электродтық потенциалдар қатарында гальваникалық элемент құрайтын металдар
бір-бірінен қаншалықты алыс тұрса, коррозияның жылдамдығы соншалықты жоғары
болады. Коррозияның жылдамдығына электролит ертіндісінің сипаты да әсер
етеді. Оның РН төмен болса, сол сияқты оның құрамында тотықтырғыштар мол
болса, соншалықты коррозия тез жүреді. Температура жоғарыланған сайын
коррозия едәуір артады.
Мысал ретінде электрлит ертіндісінде – тұз қышқылында темірдің мыспен
түйіскендігі коррозиясын келтіруге болады.
Стандартты электродтық потенциал темірдікі - 0.44 В, ал мыста – 0.34В.
Электролит ортада гальваникалық жұп түзіліп, темір анод, ал мыс катод
болады.
Реакция бойынша темір тотығып Ғе - 2е - - Ғе +2 , темір иондары
ертіндіге өтеді, ал электрондарын мысқа қарай бере бастайды. Мыста сутегі
иондары тотықсызданады.

Н + + І е – Н+
Н + Н - - Н2
Сутегі бөлінеді. Нәтижеде темір бұзылады.
Гальваникалық элементтің жұмыс кезінде поляризацияланатыны белгілі.
Әр түрлі жағдайларда анодтық және катодтық процесстер тоқтайды,
нәтижеде анодта иондары жиналып, оң зарядты болып (анодтық поляризация) ал
катодта электрон қалдықтары жиналып, теріс зарядты (катодтық поляризация)
болады. Сонымен, теориялық есептеуге қарағанда, жұмыс істеп тұрған
элементтің э.қ.қ. поляризациясы барлық уақытта аз болады.
Нәтижеде поляризация потенциалдардың теңесуімен жүреді де коррозия
азаяды немесе тоқтайды. Бұл жағдайда поляризация – электродтық
потенциалдың өзгеруі гальваникалық жұпта үлкен рөл атқарады. Егер де
электродта поляризация жүрмесе, онда коррозия өте үлкен жылдамдықпен
жүреді.
Коррозияда деполяризация процессі жүргенде катод потенциалы жоғары
болады.
Катодта электронларын қабылдайтын тотықтырғыштар катодтық
деполяризаторлар деп аталады. Олар поляризацияны азайтады. Катодтық
деполяризаторлар барлық уақытта суда және оның ертінділерінде РН7
болғанда, РН7 болғанда сутегі иондарында Н+ қызмет атқарады.

2Н + 2е Н2

02 + 2Н20 + 4е 2ОН - сутектік
деполяр

О2 + 4Н+ + 4е 2Н2О -
оттектік деполяр

Нерист теңдеуіне сәйкес тепе-теңдік потенциалы жүйенің тотығу-тотықсыздану
түрінің концентрациясы арқылы кез-келген тотығу-тотықсыздану жүйесімен
көрсетілуі мүмкін.
0,059
Етен = Е + ln тотықты тотықсыз
Һ
Мұндағы Е - стандартты тотығу-тотықсыздану потенциал жүйесі
Һ – тотығу-тотықсыздану реакциячына қатысатын электрондар саны
2Н+ Н2 жүйесі үшін тепе-теңдік потенциалы төмендегіше жазылады:

Етен = Е2Н + Н2 + 0,059 lg (Н+)

Егер, Н2Н + Н2 = 0 және рН = lg (Н+) онда келесі жәй теңдеуге келеді:
Етен = 0,059 lg (H+) немесе Етен = --0,059 pH. Алынған теңдеуден шығатыны,
ерітінді қышқылдығы жоғары болған сайын, (рН төамен болғанда) жүйенің
тотығу-тооықсыздану потенциалын 2Н+ Н2 көп болады. Солай етіп, мысалы
нейтраль ертіндіге сутегі иондары, су молекуласы диссоциясын түзіп,
металдан бастап темірге дейін кернеу қатары тобын құрайды.
Металдар тобының қышқылдығы артқан сайын, сутектік деполяризацияға
ұшырап, ұлғайып іс жүзінде белгілі қышқыл ортада металдар коррозия өте аз
жүреді. Нейтраль және сілтілік ортада, мысалы, темір мен болат
коррозияциаланғанда оттектік деполяризация жүреді. Бұл жағдайда сутегі
бөлінбейді. Ал ОН- иондары түзіп, Ғе 2+ иондары қосылып, нәтижеде коррозия
болып, ертіндіге өтеді.

Ғе2+ + 2ОH- Ғе (ОН)2
4Ғе (ОН)2 + 2Н2О + О2 = 4Ғе (ОН)3
Ғе (ОН)3 - - ҒеООН + Н2О
Жүйеде тотығу-тотықсыздану тепе-теңдік потенциалдары О2, 4Н+ 2Н2О
сутегі иондары концентрациясы мен + 0,815В өлшемін құрайтын нейтраль
ертіндіден тұрады.
(Е024Н+Н2О = + 1,229 ) сілтілік ертінді үшін жүйедегі.
(Е02, 2Н2О4НО- = +0,41), тепе-теңдік потенциалы қышқыл ертіндіге
өткенде ұлғаяды.
Келтірілген потенциалдардың металдардың стандартты электродтық
потенциалымен салыстырғанда байқайтынымыз, коррозия кезінде суда оттегінің
еруін құрайтыны қауіпті. Кернеу қатарына орналасқан солдан күмістен бастап,
ол барлық металдарды тотықтыруы мүмкін. Атап айтқанда, отектік
деполяризация кеңінен тараған
Коррозияға кей кезде таза металдарда ұшырайды. Мысалы, рН-тың көп
мәнінде алюминий еріп, темір ерімей қалады. Мырыш гидроксидінің
амфотерлігінен рН-тың ауытқуымен 7-ден екі жаққа қарай да мырыш коррозиясы
өседі. Сонымен коррозияға төзімді металдар жоқ.

ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ КОРРОЗИЯНЫҢ ЖАҒДАЙЛАРЫ

Атмосфералық коррозия – кәдімгі температурадағыылғал аадағы коррозия.
Метадың беті отегіден тұратын жұқа қабықпен жабылады. Бұл жұқа қабытқа
оттектік деполяризация коррозиясы жүреді. Жай гальваникалық жұп нс.
Коррозияның күшеюі ылғадықтың өсуінен, температурадан СО, SО2 тұратын
шаңдардан, сонымен қатар тесік пен беттің кедір-бұдырынан ұлғаяды.
Топырақтық коррозия түтікөткізгіштерде, кабельдің айналасында және
барлық жер асты құбырларында болады. Бұл жағдайда оттегіден тұратын, металл
топырақтың ылғалына ұшырайды. Топырақтың жоғары дымқылында, рН-тың төменгі
мәнінде, жақсы электрөткізгіштерде коррозия активті болады. Мұндай жағдайда
егер қорғану шарасын қолданбаса, түтікөткізгіштер жарты жыл ішнде бүлінеді.

Электрлік коррозия трамвайдан шыққан, метро, электрлі темір жолдар мен
басқа электр қондырғылардан тұрақты тоқта істейтін, адасқан тоқтар болады.
Адасқан тоқтардың күші 300А жетіп, бірнеше ондаған киллометрге дейін
барады. Олар жер асты құбырларын, түтікөткізгштерді, электр кабельдерді
бүлдіреді. Тұрақты тоқтың кіріп шығуын, жерге жақындаған, металл бұйымдарда
болады. Сонымен бұл металдарда катодтық және анодтық зона түзіліп анодтық
зонада тоқтың шығу орны коррозияға ұшырайды.

Анодтық зонадағы процесс
Ғе – 2е - - Ғе 2+
Катодтық зонадағы процесс
2Н+ + 2е - - Н2
О2 + 2Н2О + 4е - - 4ОН-
Металдар коррозиясы жүреді және үлкен шығынға ұшыратады, сондықтан
металдар мен құймаларды коррозиядан қорғаудан мәні зор мағынаға ие.

МЕТАЛДАРДЫ КОРРОЗИЯДАН ҚОРҒАУ

Ғасырлар бойы адамдар коррозиямен күресудің жолын іздеуде және одан әрі
жалғастырып отыр. Бұрын бұл тікелей істелген, ал қазір оны химия-физикалық
механизмдермен жалғастыруды. Металдарды коррозиядан қорғаудың ең қарапайым
әдісі – бұл қоршаған ортаны оңашалау. Қазіргі уақытта коррозиямен күресудің
әдістері төмендегідейі болып қолданылады.

І. М е т а л д ы қ ж а б ы н д а р
(анодтық және катодтық)

Металдардыңбетін мырыш, қалайы, никель, хроммен қаптайды.
Қалайы және мырышпен қаптайтын екі түрлі жабынды қарастырамыз. Мырыш
пен қалайы қабаты темірді түгелімен сақтайды, бұлардың арасындағы
қаптауларда айырмашылық жоқ қорғаушы қабат бұзылғанда ылғалдың қатысуымен
темір-мырыш гальваникалық жұбы пайда болады. Бұдан темір әр түрлі
жағдайларда болады.
а)Катодтық жабындар
Темірді қалайымен қаптаған қаптаудың ашық жерінде электрохимиялық
коррозия жүреді. Гальваникалық элементте теріс электрод (анод) – темір, ал
оң электрод (катод) – қалайы болады.
Темір активті металл болғандықтан қалайыға өзінің электрондарын беріп,
Ғе2+ оң зарядталған иондарға айналып, яғни тотығады.
Анод Ге: Ге – 2е - - Ге2+
Қалайы элетрондары өткізгіште болады және оның бетінде төмендегі
тотықсыздану процесі жүреді.
Катод Sn: а) 2Н+ + 2е - - Н2 (сүйектік деполяр)
б) О2 + 2Н2О + 4е - - 4ОН- (оттектік деполяр)
Бірінші процесс ауасыз қышқыл ерітіндіде орын алады. Ал екінші,
оттексіз нейтраль немесе сілтілік ертіндіде орын алады.
Гидроксид иондарымен қосылып, темір иондары ертіндіге өтеді.

Ғе2+ + 2ОН- - - Ғе(ОН)2
Ғе(ОН)2 - - ҒеО + Н2О

Бұдан басқа, темір гидроксиді (П) ауада оттегімен тотығады.

4Ғе(ОН)2 + О2 + 2Н2О = 4Ғе (ОН)3 айрылғанда,
2Ғе (ОН)3 - - Ғе2О3 + 3Н2О. Нәтижеде бұл процестердің барлығы темір
бетінде пирог қабаты сияқты әр түрлі тотықтарда тоты болады.

3-сурет Т е м і р к о р р о з и я с ы
Мырышталған темір жағдайында қарама-қарсы сурет орын алады. Бұл
жағдайда мырыш теріс электрод, ал темір оң электрод болады. Мырышталған
пластикада мырыш тотығып жүреді.
Zn - 2e - - Zn2+
Zn 2+ + 2OH- - -
Zn(OH)2
Темір пластикада сутегі иондарының тотықсыздануы да оттегі иондарының
тотықсыздануы да жүреді.
(оттекті деполяризация).
2. Х и м и я л ы қ қ а п т а у
Табиғаттың өзі ең қарапайым күресті өзі айтады. Металдың бетін осы
металл оксидінің жұқа қабығымен жабуға болады. Жұқа қабық өте жіңішке,
көрінбейтін, бірақ бұдан металдың одан әрі тотығуын жақсы қорғайды. Бұған
жақсы мысал – алюминий. Ол термодинамикалық тұрақты болып, оксид қабығымен
тез қапталады. Бұл тығыз оттегі қабаты арқылы оны тотықтыруға металдың
тесіктеріне өте алмайды.
Темірді оксидтік жұқа қабатын қорғау үшін қыздыру керек.
Көк болаттарға жататын бұйымдарға t = 1400 С температура азотты
қышқыл тұздарын ертіндісі жатады. Тез тотығатын металдарға оксид емес жұқа
қабатын келтіру мүмкін, ол басқа аз еритін қосылыстардың жұқа қабатында
болады, мысалы, темірдің бетін фосфорлайды, яғни суда ерімейтін темір
фосфаты қабатын жабады.

3. М е т а ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.