Металдар коррозиясы жне одан орауды жолдары

Зертханалы жмыс № 7

Коррозия (лат. сorrosio – кеміру, мжу) – оршаан ортаны серінен металдар мен балымаларды зінен-зі бзылу процесі. Оан су, оттек, кміртек оксиді, ккірт, азот, ккіртсутек жне баса заттар жатады. Коррозия процесі жретін ортаны коррозионды немесе агрессивті орта дейді. Коррозия – бл тотыу - тотысыздану процесі. Коррозия процесіні физика-химиялы негізі, бл металдарды тотыуы жне коррозионды орта ратын заттарды тотысыздануында:

nMe + O2 ® MenOm

Электрохимиялы коррозия кезінде анодта металдарды тотыуы жне су молекуласыны серінен оны иондарыны электролитке айналуы жреді. Бл процесс екі ртрлі механизм бойынша жзеге асады:

а) гальванокоррозия – гальваникалы тізбекке токты сері, мысалы, мырышталан темірді коррозиясы кезінде анодта мырыш тотыады (Е0Zn = -0, 763 В):

Zn0 – 2e- ®Zn2+

Процесті нтижесінде Zn/Fe коррозионды гальваножбы бзылып, мырыш коррозияланады, йткені мырышты темірге араанда стандартты электродты потенциалы тмен

(E0Fe= - 0, 440 В)

б) электрокоррозия – сырты ток серінен жреді, мысалы, жер асты бырларыны коррозиясы. Катодта сутек ионыны тотысыздануы жреді: ышылды ортада - сутекті деполяризациялану

2Н+ + 2e- ®2Н0, 2Н0 ®Н2;

сілтілік жне бейтарап орталарда – оттекті деполяризациялану

О2 + 2Н2О + 4e- ® 4ОН-

Коррозияны жру жадайы, жылдамдыы, ммкіндігі жне коррозия німіні рамы, металдарды асиеттері мен коррозионды ортаа байланысты аныталады. Мысалы, ышыл ерітінділеріне траты металдар алыпты жадайда, ышылды ортада оттекті атысымен немесе осы металдармен комплексті осылыстар тзетін заттармен коррозияланады. Алтын оттекті серінен цианид - аниондарыны CN- атысуымен тотыады, тепе - тедік бір валентті алтынны мыты цианидті комплексіні тзілу баытына арай ыысады. орасын кернеу атарында сутекке дейін орналасса да, біра ккірт ышылы серінен баяу коррозияланып, рі арай коррозиялануа кедергі болатын аз еритін орасын сульфаты пленкасымен апталады.

Коррозиялы процесті жіктелуі

. Коррозионды процесті жру механизміне байланысты:

1. Химиялы коррозия.

2. Электрохимиялы коррозия.

. Коррозиялы блінуді жадайына байланысты:

1. Жалпы немесе жаппай коррозия.

2. Жергілікті коррозия.

. Процесті жру жадайына байланысты:

1. Аэрационды коррозия.

2. Топыраты коррозия

3. Биокоррозия.

4. Сйы коррозия.

5. Газды коррозия.

6. рылымды коррозия.

7. Атмосфералы коррозия.

8. Контакты коррозия.

9. Сырты ток коррозиясы.

10. Тотарды шатасу коррозиясы.

Металдар жне оларды ймаларын коррозиядан орауды дістері

Коррозиялы блінуден металдарды жне оларды ймаларын орауды бірнеше дістері бар. Соларды ішінде:

ораныш жабындары (металды, бейметалды, химиялы);
коррозияа арсы металдарды оспалау;
коррозия ортасыны згеруі;
металдарды катодты (электронды) орау дістері маызды болып табылады.

Есептер мен жаттыуларды шыару мысалдары

1-есеп. Металдар коррозиясы кезінде гальваникалы элементті сызбансасын жасау.

Хром мыспен байланысан. Егер бл металдар жбы ышылды ортаа тссе (НСl), коррозия кезінде ай металл тотыады? Тзілетін гальваникалы элементті сызбансасын рыыз.

Шешуі: Стандартты электродты потенциалдар (кестеден) айырымына арап, хром активтілеу металл (Е0Cr+3/Cr= -0, 744В) жне тзілген гальваникалы жпта анод болатынын табамыз. Мыс, катод (Е0Сu +2/Cu = 0, 337В). Хромды анод ериді, ал мыс катодында сутек блінеді. Гальваникалы элементті сызбансасы келесідей болады:

е- (-) 2Cr\2Cr3+ | HCl | (Cu) 3H2\6H+ (+)

Хром тотыады (коррозияа шырайды).

2-есеп. Коррозияа шырайтын металл массасын есептеу. Алюминийді стігі мыс жабынды абаты гальваножпты серінен бзыланда коррозияа шырайды:

е-

(-) 2Al\2Al3+ |HSO4| (Cu) 3H2/6H+ (+)

Катодта осы гальваножпты жмысы нтижесінде 45 сек. ішінде 0,09л сутек (.ж.) блінді. Осы уаытта анша грамм алюминий еріді жне бл гальваножпты ток кші андай?

Шешуі: Гальваникалы элементіні жмысы кезінде блінетін максималды ток кшін келесі формула арылы есептейді:

I=mF/ Э,

мнда, I - ток кші, А;

m - 1сек ішінде еріген активті электрод немесе 1 сек ішінде катодта блінген зат массасы;

F- Фарадей тратысы;

Э- катодта блінген элемент эквиваленті:

а) Блінген сутекті клемін есептейміз:

45 сек - 0,09л H2 блінеді

1 сек - х л H2 блінеді

х = л H2

б) Гавльваникалы элемент беретін ток кшін есептейміз:

I= 0,002· 96500/11,2 A = 17,2 A

в) Еріген алюминийді массасын есептейміз:

ЭAl=27/3=9

mAl= 0.072г.

3-есеп. Коррозияны жылдамдыын есептеу. Егер коррозионды токты тыыздыы 0,02 А/м раса, онда темірді біркелкі коррозиялануыны жылдамдыын анытаыз [г/(м2*жыл)] жне (мм/жыл).

Шешуі: г/(м2*сек) берілген біркелкі коррозияны жылдамдыы келесі формуламен аныталады:

V = ,

мнда Мэ – металл эквивалентіні молярлы массасы;

i – коррозионды токты тыыздыы.

Мэ (Fе) = 56/2 = 28 г/моль

а) Формулаа мндерді ойып, келесі рнекті аламыз:

V = 0, 0000058

б) Коррозия жылдамдыын [г/(м 2 жыл)] айналдыру шін, алынан мнді тулік ішіндегі секунда (3600 · 24) жне жыл ішіндегі кн санына (365) кбейтеміз:

V = 0, 0000058 · 86400 · 365 = 182 г/(м 2·жыл)

в) мм/жыл млшеріне айналдыру шін темірді тыыздыын пайдаланамыз ( = 7,87 г/ см3):

V = 182 : 7,87 = 23, 13 : 1000 = 0, 02313 мм/жыл

4-есеп. Электрохимиялы коррозияны жру ммкіндігін анытау.

pH 6-а те сулы ерітіндегі орасынны ауамен атынасында электрохимиялы коррозия бола ма? Анод жне катод процестеріні реакция тедеулерін жазыыз. Сутекті блінуімен жретін коррозия андай pH мнінде жруі ммкін?

Шешуі: 1 - кестеден алайыны стандартты электродты потенциалын табамыз (Е0Sn/Sn2+=-0,136 B). Нернст тедеуі бойынша тотытырыштарды тепе-тедік потенциалын анытаймыз (H+ жне O2) 250С, рH2=1, pO2=0,21

а) Е0H+\H2=- 0,059·pH =- 0,059·6 = - 0,354 B

Е0O2/OH-=1,227- 0,059 pH + 0,015 lg 0,21 = 1,227- 0,059·6- 0,01= 0,863 B

б) Болжалан коррозионды микроэлементтерді ЭК (электр озаушы кш) есептейміз:

Е1=Ek(H2) - EА = - 0,354-(-0,136) = -0,218 B

E1 <0-оттекті жтуымен тзілетін коррозия болуы ммкін.

ЕII = ЕК(О2) – ЕА = 0,873 – (- 0,136) = 1,009В

ЕII> 0 – оттекті жтуымен тзілетін коррозия болуы ммкін.

в) Анодты жне катодты процестерді тедігі:

Анод (+) Sn – 2е Sn2+

Катод (-) O2 + 2Н+ +2е Н2О

г) рН диапазонын білу шін, сутекті деполяризациясы арылы болуы ммкін коррозияны тесіздігін шешеміз:

Е1 = Ек( Н2) - ЕА> 0.

Электродты потенциал мнін ойып, келесі рнекті аламыз:

- 0,059·рН – (- 0,136) > 0

Бдан рН < 0, 136 / 0, 059 = 2,26 мнінде сутекті бліну процесі жреді.

Жмысты масаты: Металдарды коррозиясы жне олардан орау дістерімен танысу.

рал - жабдытар: пробиркалары бар штатив, лшеуіш пробиркалар, спирт шам, зімпара аазы, пробирка стаыш, шпатель, кристаллизатор, жуыш, фильтр аазы.

Реактивтер мен ерітінділер: 2н ккірт ышылы ерітіндісі H2SO4, 5%-ды мыс сульфаты CuSO4 жне хлориді CuCl2 ерітінділері, 10%-ды магний хлориді ерітіндісі MgCl2, 10%-ды жне 2н тз ышылы ерітіндісі HCl, 2%-ды калий (ІІІ) гексацианоферрат ерітіндісі K3[Fe(CN)6], 1М мыс сульфаты ерітіндісі CuSO4, 1М натрий хлориді ерітіндісі NaCl, уротропин (кристал), гранулденген мырыш, мыс сымы, алюминий сымы жне пластинкасы, темір шеге, темір жоасы.

Тжірибе 1. Темірді (II) ионына сапалы реакция.

Темірді (II) ионына сапалы реакция К3[Fe(CN6)] ерітііндісі болып табылады К раствору FeSO4 ерітіндісіне К3[Fe(CN6)] бірнеше тамшысы йылады. Турнбуль кгілдіріні тнбасыны тзілгендігі байалады:

3Fe2+ + 2К3[Fe (CN6)] Fe3[Fe(CN6)]2 + 3K+

Тжірибе 2. Екі трлі металдарды рекеттесуінен пайда болатын коррозия

Пробиркаа 1мл 2н ккірт ышылын йыыз жне таза мырыш тйірін салыыз. ышылдан сутекті блінуі байала ма? Пробиркадаы мырыша мыс сымын тигізііз. Сутекті бліну арындылыы згере ме? ай металда сутек блінеді? Мырыштан мыс сымын алып тастаанда сутекті бліну арындылыы згереді. Гальвано жпты тзілуін ескере отырып байалан былысты тсіндірііз. Мырыш - мыс жбындаы электрондарды ауысу баыты андай? Анод жне катод процестеріні сызбансасын растырыыз.

Тжірибе 3. Контактылы коррозия.

1 мл 2н H2SO4 ерітіндісіне мырыш тйіршігін салыыз. Сутегіні блінгендігі байала ма? Мырыш тйіршігіне мыс сымын тигізііз. Сутегіні бліну жылдамдыы згере ме? Мыс сымын кері алыыз да, сутегіні блінуіне кіл аударыыз. Гальваникалы жптарды тзілуіне байланысты, дылыстарды баылаыз.Мыс – мырыш жбындаы электрондарды ту баыты андай? Анод жне катод процестеріні схемасын рыыз.

Тжірибе 4. Микрогальвано жпты тзілуі

Екі пробиркаа 10 тамшыдан 2н ккірт ышылы ерітіндісін йыыз жне бірдей млшерде мырыш тйірін салыыз. Пробиркалардан баяу сутекті блінгенін баылаыз. Бір пробиркаа 1-2 тамшы мыс сульфаты ерітіндісін осыыз. Не байалады? Неге мыс сульфаты ерітіндісін осанда сутекті бліну жылдамдыы жоарылайды?

Тжірибе 5. Металдар коррозиясына электролиттерді сері

А) ш пробиркаа: біріншісіне - 10%-ды магний хлориді ерітіндісін, екіншісіне - 10%-ды тз ышылын жне шіншісіне - дистилденген су йыыз. Барлы пробиркалара бір уаытта жасылап тазартылан темір шегені салыыз. 15 мин. кейін рбір пробиркаа бірнеше тамшыдан 2%-ды K3[Fe(CN)6] ерітіндісін йыыз. Ерітінділер тстеріні згеруін баылаыз. Металдар коррозиясына алынан электролиттерді, иондарды ролін тсіндірііз.

Б) Екі пробиркаа алюминий сымыны кішкене блшегін салып, 1мл-ден 1М мыс сульфаты ерітіндісін осыыз, ккірт ышылымен ышылдаыз. Пробирканы біреуіне бірнеше тамшы 1М NaCl ерітіндісін тамызыыз. ай жадайда реакция тез жреді? Тзілген гальвано жпты сызбансасын салыстырыыз.

Ескерту. Кейбір иондар металдарды ораныш абатын бзатынын ескеру ажет. сас иондарды активаторлар деп атайды. Хлор ионы маызды активатор ызметін атарады.

Тжірибе 6. ораныш абатыны бзылуы

Екі кішкентай алюминий пластинкасын мысты (ІІ) хлориді жне сульфаты тздарыны ерітінділері бар пробиркалара салыыз. Мыс (ІІ) хлориді ерітіндісі бар пробиркадан мысты блініп шыуын баылаыз. андай газ блінеді? алай тзіледі? Жріп жатан процесті реакция тедеуін жазыыз.

Тжірибе 7. Ингибиторларды олдану

ш пробиркаа 2мл 2н тз ышылы ерітіндісін йыыз. Біріншісіне – мырыш тйірін салыыз, екіншісіне – бірнеше темір жоасын, шіншісіне – алюминий кесегін салыыз. Егер пробиркаларды біреуінде реакция баяу жрсе, оны ыздырыыз. Сутекті блінуі арынды жргенде рбір пробиркаа уротропин тйірін салыыз. Уротропин барлы жадайда жасы ингибитор бола ала ма?

Тапсырма:

1. Реакция тедеулерін жазу.

2. Зертханалы дптерлерін талапа сай толтыру

з бетімен орындауа арналан сратар мен тапсырмалар

Коррозия деген не?

2. Металдарды электрохимиялы коррозиясыны маызы андай?

3. Электрохимиялы коррозиядаы катодты жне анодты процестер деген не?

4. Химиялы коррозияны электрохимиялы коррозиядан айырмашылыы?

5. Мыс - алайы, темір - никель, алайы - мырыш жптарында ай металдар коррозияа шырайды? Бл жптардан анод пен катодты крсетііз.

6. Неге химиялы таза металл ластанан метала араанда ышылдарда нашар ериді?

7. Неге химиялы таза мырыша орасын нитратымен сер еткенде ышылдан сутекті блінуі жоарылайды?

8. ышылды ортадаы темір коррозиясыны бейтарап ортадаы коррозиядан айырмашылыы андай?

9. ышылды ортада металдар коррозиясына сутек уаты алай сер етеді? Мысалдар келтірііз.

10. андай металдар шін сілтілік орта ауіпті? Неге?

11. Коррозиядан орауды андай дістері бар?

12. Металдарды химиялы орауды андай трлерін білесіз?

13. Металдарды электрохимиялы орауды маызы андай?

14. Протекторлы орау деген не?

15. Металдарды пассивтенуі деген не жне алай тсіндіріледі?

16. андай заттар ингибиторлар деп аталады?

17. Ингибиторларды ызметі алай тсіндіріледі?

18. Коррозия процесінде коррозия німдері андай ызмет атарады? Мысал келтірііз.

19. Оксидтелу, айнау дегеніміз не?

20. Анодты жне катодты жабын деген не? Мысалдар келтірііз.

21. Мыс купоросы ауыл шаруашылыында сімдіктер ауруларына жне зиянкестеріне арсы кресте олданылады. Мыс купоросы ерітіндісін темір шелекте дайындауа бола ма?

22. Мырышты - темірлі шелекте сулема ерітіндісін дайындауа бола ма?

23. Магнийді коррозиялануы мырыш немесе темірмен серінен кшті жреді ме? Коррозия процесіні сызбансасын келтірііз.

24. Сірке ышылыны сйылтылан ерітіндісінде Fe – Ni жбындаы ай металл ериді? ай металда сутек блінеді?

25. Мырыш жне темірмен, алайымен апталан темірді коррозия процесіні мнін тсіндірііз. Сйкес реакция тедеуін жазыыз.

Металдар коррозиясы жне одан орауды жолдары