1. Электрохимическая коррозия

Коррозия металлов – это их самопроизвольное разрушение под воздействием окружающей среды. Причиной его является термодинамическая неустойчивость металла-восстановителя по отношению к окислителям, присутствующим в среде.

Коррозию по механизму взаимодействия металла со средой подразделяют:

а) на химическую;

б) электрохимическую;

в) биологическую;

г) радиационную.

Электрохимическая коррозия – это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

По механизму электрохимической коррозии протекает атмосферная, почвенная коррозии, коррозия природными речными, морскими водами, электрокоррозия блуждающими токами.

Электрохимическая коррозия протекает, если между двумя участками металлической конструкции возникает «разность потенциалов».

Причины возникновения разности потенциалов между разными участками металлической конструкции

1. Контакт двух разных металлов.

2. Неоднородность сплава, из которого изготовлена конструкция.

3. Присутствие примесей, продуктов окисления металлов на поверхности.

4. Неоднородность состава коррозионной среды.

5. Различные механические напряжения.

6. Разница температур.

7. «Блуждающие токи».

Участки с меньшим значением окислительно-восстановительного потенциала называют анодными, с большим окислительно-восстановительным потенциалом – катодными участками.

Рассмотрим механизм электрохимической коррозии на примере контакта двух разных металлов:

Среда электролита: H₂O, O₂

активный неактивный

металл (1) металл (2)

Zn 2e Sn

ө

Zn²⁺ OH^-H₂ ө

Zn²⁺ OH^–, H₂↑

φ₁ = –0,76 < φ₂ = –0,14

анодный участок катодный участок

Более активный металл характеризуется меньшим значением окислительно-восстановительного потенциала (φ₁<φ₂). Избыток электронов от активного металла – Zn (анодного участка) – переходит к неактивному металлу – Sn (катодному участку). Следовательно, на анодном участке с меньшим значением окислительно-восстановительного потенциала протекает реакция окисления активного металла.

Анодная реакция (на участке с меньшим окислительно-восстановительным потенциалом)

1) Ме₍₁₎ – ne^– → Meⁿ⁺_{(1) (p-p)}

активный

металл

Zn – 2e → Zn²⁺_(p-p)

Катионы активного металла – Меⁿ⁺₍₁₎ или Zn²⁺ переходят в среду электролита, накапливаются у поверхности и раствор у анодного участка приобретает избыточный положительный заряд.

Неактивный металл на катодном участке – Sn – выполняет роль металлического проводника. Электроны перемещаются к поверхности катодного участка металла, где протекает реакция восстановления окислителей, присутствующих в среде электролита. Наибольшее значение имеют окислители кислород – О₂ и вода –Н₂О (Н⁺).

Катодные реакции (на участке с большим окислительно-восстановительным потенциалом)

2) восстановление H₂O (H⁺)

2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–; (pH≥7) или 2H⁺ + 2e → H₂; (pH<7)

3) восстановление О₂

О₂ + 2Н₂О + 4е^– → 4ОН^–; (рН≥7) или О₂ + 4Н⁺ + 4е → 2Н₂О; (рН<7)

Анодные и катодные реакции протекают одновременно. Суммарные уравнения процессов коррозии можно составить, суммируя уравнения 1) и 2) или 1) и 3) с учетом коэффициентов электронного баланса.