Металдар коррозиясы. Металл оксидтер

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

Металдар коррозиясы.

Кіріспе
Металдар мен құймалардың қоршаған ортамен өзара әрекеттесуінен химиялық
бүзылуын металдардың коррозиясы деп атайды.
Дүние жүзінде балқытылатын болаттардың төрттен бір бөлігі, яғни ондаған
миллион тоннасы коррозия нәтижесінде жоғалады. Мұндай үлкен цифр шыңдықтың
көлемін жоғалтуда қамтып көрсетпейді. Коррозиядан тек қана металдар емес,
үлкен еңбекпен істелген күрделі формасы мен берген өлшемі көрсетілген дайын
бұйымдарда күйрейді. Бұл бұйымдардың 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 – гидрооксидтермен 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 өнімінен аз, екінші жағдайда керісінше. Мұндай
өзгерістің санын бағалауға 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 өнім оның қалдықтарынан аз
болады. Мұндай реакциялар өздігінен жүреді.
Стандарттық жағдайда кейбір металдардың оттегімен реакцияда Гиббс
энергиясының қалай өзгеруін анықтамадан қарауға болады.

Металл оксидтер (қатты
жағдайда) Гиббс энергиясы

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

Коррозия түрлері

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

Коррозия типтері

1. Химиялық коррозия – қоршаған ортадағы жүйеде электр тоғы
түзілмей металдардың бүлінуін айтады.

1. сурет. Химиялық коррозияның схемасы

Газ коррозиясы үлкен зиян әкеледі: мұндағы активті газдар (О2, Cl2;
O2, H3, O3, H2, HCl және т.б.) реакцияда металдармен қатысып нәтижеде
техникалық қасиеттері төмен химиялық қосылыстар түзеді. Бұдан металдардың
қатысуымен аппараттар, өнеркәсіп пештері бүліне бачстайды. Әсіресе бұл
процесс өте жоғары температурада болады.
Электролит еместердегі химиялық коррозияға іштен жанатын
двигательдердің цилиндрлерінің бұзылуы мысалы болады. Отында күкірт және
оның қосылыстарының қоспалары бар. Олар жанғанда күкірт ( IV) және (VI)
оксидтеріне – коррозиялаушы активті заттарға айналады. Олар
реактивтідвигательдердің, деталдардың және т.б. бұзады.
Коррозияның екінші типі – электрохимиялық коррозия іс жүзінде
қолданылады.

2. Электрохимиялық коррозия – деп жүйенің ішінде электр тоғы түзілу
арқылы электролиттерде металдардың бүлінуін айтады.

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 адсорбцияланатын ылғал электролит болуы мүмкін) металл түйіскенде
оның бетінде көптеген гальваникалық микроэлементтер пайда болады.
Бұдан металл бөлшектері анод қоспалардың 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 бірінен бірі 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 жоғарылаған сайын коррозия да едәуір артады.
Мысал ретінде электролит ерітіндісінде – тұз қышқылында темірдің мыспен
түйіскендегі коррозиясын келтіруге болады.
Стандартты электроттық потенциал темірдікі – 0,44В, ал мыста +0,34В.
Электролит ортада гальваникалық жұп түзіліп темір анод, ал мыс катод
болады.
Реакция бойынша темір тотығып Fe – 2e – Fe+2, темір иондары ерітіндіге
өтеді, ал электрондарын мысқа қарай бере бастайды. Мыста сутегі иондары
тотықсызданады.
Н+ + 1e – H+
H + H – H2
Сутегі бөлінеді. Нәтижеде темір бұзылады.
Гальваникалық элементтің жұмыс кезінде поляризацияланатыны белгілі.
Әртүрлі жағдайларда анодтық және катодтық процестер тоқтайды, нәтижеде
анодта металл 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.к.к. поляризациясы барлық уақытта аз болады.
Нәтижеде поляризация потенциалдардың теңесуімен жүреді де коррозия
азаяды немесе тоқтайды. Бұл жағдайда поляризация – электродтық потенциалдың
өзгеруі гальваникалық жұпта үлкен роль атқарады. Егер де электродта
поляризация жүрмесе, онда коррозия өте үлкен жылдамдықпен жүреді.
Коррозияда деполяризация процессі жүргенде катод потенциалы жоғары
болады.
Катодта электрондарын қабылдайтын тотықтырғыштар – катодтық
деполяризаторлар деп аталады. Олар поляризацияны азайтады. Катодтық
деполяризаторлар барлық уақытта суда және оның ертінділерінде рН 7
болғанда, ауадағы оттегіде, рН 7 болғанда, сутегі иондарында Н+ қызмет
атқарады.
2 H + 2e –H2

O2 + 2H2O + 4e – 2OH- сутектік деполяр.
O2 + 4H+ + 4e – 2H2O- оттектік деполяр.
Нерист теңдеуіне сәйкес тепе-теңдік потенциалы жүйенің тотығу-
тотықсыздану түрінің концентрациясы арқылы кез келген тотығу-тотықсыздану
жүйесімен көрсетілуі мүмкін.

Етен = Е + 0,059

Мұндағы Е- стнадартты тотығу-тотықсыздану потенциал жүйесі.
- тотығу-тотықсыздану реакциясына қатысатын электрондар саны.
2H+H2 жүйесі үшін тепе теңдік потенциалы төмендегіше жазылады.

Етен = E2H+H2 + 0,059 H+

Егер E2H+H2 = 0 және рН = онда келесі жай теңдеуге келеді. Етен =0,059
H+ немесе Етен =-0,059 рH. Алынған теңдеуден шағатыны, ерітінді қышқылдығы
жоғары болған сайын, (рН төмен болғанда) жүйенің тотығу-тотықсыздану
потенциалын 2Н+ Н2 көп болады. Солай етіп, мысалы, нейтраль ерітіндіде
сутегі иондары, су молекуласы диссоциациясын 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 тез
жүреді. Нейтраль және сілтілік ортада, мысалы темір мен болат
коррозияланғанда оттектік деполяризация жүреді. Бұл жағдайда сутегі
бөлінбейді, ал ОН- иондары түзіп, Fe2+ иондармен қосылып, нәтижеде коррозия
болып, ерітіндіге өтеді.
Fe2+ + 2OH- -- Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
Fe(OH)3 – FeOOH + H2O.
Жүйеде тотығу-тотықсыздану тепе-теңдік потенциалдары О2, 4H+2H2O
сутегі иондары концентрациясы мен +0,815 В өлшемін құрайтын нейтраль
ерітіндіден тұрады.
(ЕО2 4Н+2Н2О=+1,229В) сілтілік ерітінді үшін жүйедегі.
(ЕО22Н2О4ОН- =+0,41В), тепе-теңдік потенциалы қышқыл ерітіндіге
өткенде ұлғаяды.
Келтірілген потенциалдардың металдардың стандартты электродттық
потенциалымен салыстырғанда байқайтынымыз, коррозия кезінде суда оттегінің
еруін құрайтыны қауіпті. Кернеу қатарына орналасқан содан күмістен бастап,
ол барлық металдарды тотықтыруы мүмкін. Атап айтқанда оттектік
деполяризация кеңінен тараған.
Коррозияға кей кезде таза металдарда ұшырайды. Мысалы, рН-тын көп
мәнінде алюминий еріп, темір ерімей қалады. Мырыш гидрооксидінің
амфотерлігінен рН-тын ауытқуымен 7-ден екі жаққа қарай да мырыш коррозиясы
өседі. Сонымен коррозияға төзімді металдар.

Электрохимиялық коррозияның жағдайлары.

Атмосфералық коррозия – кәдімгі температурадағы ылғал ауадағы коррозия.
Металдың беті оттегіден тұратын жұқа қабықпен жабылады. Бұл жұқа қабыққа
оттектік деполяризация коррозщиясы жүреді. Жай галтваникалық жұп нс.
Коррозияның күшеюі ылғалдықтың өсуінен, температурадан, СО2, О2
тұратын, шаңдардың, сонымен қатар тесік пен беттің кедір-бұдырынан ұлғаяды.
Топырақтық коррозия – тотық өткізгіштерде, кабельдің айналасында және
барлық жер асты құбырларында болады. Бұл жағдайда оттегіден тұратын, металл
топырақтың ылғалына ұшырайды. Топырақтың жоғары дымқылында, рН-тың төменгі
мәнінде, жақсы электроөткізгіштерде коррозия активті болады. Мұндай
жағдайда егер қорғану шарасын қолданбаса, тотық өткізгіштер жарты жыл
ішінде бүлінеді.
Электрлік коррозия трамвайдан шыққан метро, электрлі темір жолдар мен
басқа электр қондырғылардан, тұрақты токта істейтін адасқан тоқтарда
болады. Адасқан тоқтардың күші 300 А-ге жетіп, бірнеше оңдаған километрге
дейін барады. Олар жер асты құбырларын, тотық өткізгіштерді, электр
кабельдерді бүлдіреді тұрақты тоқтың кіруі мен шығуын, жерге жақындаған,
металл бұйымдарында болады. Сонымен бұл металдарда катодтық және анодтық
зона түзіліп анодтық зонада тоқтың шығу орны коррозияға ұшырайды.
Анодтық зонадағы процесс
Fe – 2e – Fe2+
Катодтық зонадағы процесс
2H+ + 2e – H2
O2 + 2H2O + 4e – 4OH-
Металдар коррозиясы жүреді және үлкен шығынға ұшыратады, сондықтан
металдар мен құймаларды коррозиядан қорғаудың мәні өте зор мағынаға ие.

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

1. Металдық жабындар
(катодтық және анодтық)
Металдардың бетін 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 қалайы мен қаптаған қаптаудың ашық жерінде электрохимиялық
коррозия жүреді. Гальваникалық элементте теріс электрод (анод) – темір, ал
оны электрод (катод) – қалайы болады.
Е 2+ = -0,136 В
ЕFe2+Fe = -0,44 B
Темір активті металл болғандықтан қалайыға өзінің электрондарын беріп,
Fe2+ он зарядталған иондарға айналып, яғни тотығады.
Анод Fe: Fe – 2e – Fe2+
Қалайы электрондары өткізгіште болады және оның бетінде төмендегі
тотықсыздану процесс жүреді.
Катод: а) 2Н+ + 2е – Н2 (сутектік деполяр)
б) О2 + Н2О + 4е – 4ОН- (оттектік деполяр)
Бірінші процесс ауасыз қышқыл ерітіндіде орын алады, ал екінші –
оттексіз нейтраль немесе сілтілік ерітіндіде орын алады.
Гидроксид иондарымен қосылып, темір иондары ерітіндіге өтеді.
Fe2+ + 2 OH- --Fe(OH)2
Fe(OH)2 – FeO + H2O.
Бұдан басқа, темір гидроксиді (ІІ) ауада оттегімен тотығады.
4Fe(OH)2 + O2 + H2O =4Fe(OH)3 айрылғанда, 2Fe(OH)3 – Fe2O3 + 3H2O.
Нәти-е3е б92 процестердің барлығы темір бетінде пирог қабаты сияқты әр
түрлі тотықтарда болады.

3-сурет. Темір коррозиясы.

Мырышталған темір жағдайында қарама-ққарсы сурет орын алады. Бұл
жағдайда мырыш теріс электрод, ал темір оң электрод болады. Мырышталған
пластикада мырыш тотығып жүреді.
Темір пластикада сутегі иондарының тотықсыздануы да оттегі иондарының
тотықсыздануы да жүреді. (Оттекті деполяризация).

2. Химиялық қаптау.
Табиғаттың өзі ең ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.