Коррозией металлов называется самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов и сплавов в результате воздействия на них окружающей среды. Характер этого воздействия может иметь либо химический, либо электрохимический характер.
Чаще всего, используя на практике металлы и сплавы, а также при эксплуатации различного оборудования, приходится сталкиваться с электрохимической коррозией. В этом случае на поверхности образуются так называемые микрогальванические элементы. Анодом в этом случае будет более активный металл, катодом – менее активный.
На аноде всегда будет проходить процесс окисления металла:
Ме – nē → Men+ (анодный процесс).
Катодный процесс зависит от pH среды:
· Если среда кислая, то на катоде происходит восстановление катионов водорода:
2Н+ + 2ē → Н2 (катодный процесс, pH < 7).
· В нейтральной и щелочной среде на катоде протекает реакция восстановления молекул кислорода:
О2 +2Н2О + 4ē → 4ОН– (катодный процесс, pH ≥ 7).
Пример.Составить схему микрогальванического элемента, образующегося на поверхности стального изделия, находящегося в контакте со свинцом. Отметить какой металл является катодом, а какой анодом. Разобрать случаи нейтральной и кислой коррозионных сред. Составить электронные уравнения катодного и анодного процессов и определить состав продуктов коррозии.
Так как железо имеет меньшее значение стандартного электродного потенциала (–0,440 В) по сравнению со свинцом (–0,127 В), то железо является анодом, а свинец – катодом.
На аноде проходит следующий процесс:
Fе – 2ē → Fe2+ (анод – окисление железа).
На катоде, при pH < 7:
2Н+ + 2ē → Н2 (катод – восстановление Н+).
На катоде, при pH ≈ 7:
О2 +2Н2О + 4ē → 4ОН– (катод – восстановление O2)
Продукты коррозии формируются из соединений, образующихся на катоде и аноде. В случае кислой среды, продуктом будет соль иона Fe2+ и кислотного остатка кислоты, которая определяет pH среды. Например, если кислая среда создается растворенным углекислым газом, то в качестве продуктов коррозии будет образовываться соль FeCO3:
Fe2+ + CO32– → FeCO3.
В случае щелочной или нейтральной среды, продуктом будет гидроксид металла:
Fe2+ + 2OH– → Fe(OH)2.
В свою очередь, Fe(OH)2 окисляется на воздухе до Fe(OH)3, переходящего в бурую ржавчину – FeO(OH):
4Fe(OH)2 + O2 + 2Н2О → 4Fe(OH)3,
Fe(OH)3 → FeO(OH) + Н2О.
Схемы микрогальванического элемента выглядят следующим образом:
(анод) Fe| H+ |Pb (катод) (при pH < 7),
(анод) Fe| Н2О, O2 |Pb (катод) (при pH ≈ 7).
Нужно обратить внимание, что в данных Г.Э. нет двойной черты, так как оба «электрода» находятся в одном и том же растворе.