Процеси, протичащи върху електродите по време на електролиза на разтвори

Електролиза на разтвори За разлика от електролизата на стопилки, при електролизата на разтвори водата участва в процесите на електродите. Редът на изпускане на катиони в катода Първо, катионите, които са в серията от напрежения след водорода, се редуцират на катода. ( ) 0 : n K Me ne Me + − +→ - редукция Катионите, които са в поредицата от напрежения до алуминий, не се редуцират от разтвора върху катода. Вместо това водните молекули се редуцират: ( ) 2 2 K :2 2 2 H O e H OH − − +→ + - редукция Катионите в средата на поредицата от напрежения от алуминий до водород се редуцират едновременно с водата. 3

Електролиза с разтворим анод Всички гореописани процеси бяха проведени с неразтворим анод. Като неразтворим анод се използват въглеродни и платинени електроди. Анодът се счита за разтворим, ако по време на електролиза анодният материал участва в процеса на анода и се разтваря. По правило разтворимият анод се приготвя от метала, съответстващ на неговия катион в солевия разтвор. Помислете за електролиза на разтвор с разтворим меден анод. CuSO4 Разтворът на CuSO4 съдържа 2 Cu + , 2 4 SO − йони, както и водни молекули. H O2 Процесът се извършва по такъв начин, че анодният метал се окислява на анода, а неговите катиони се редуцират на катода. ( ) ( ) 0 2 2 0 : 2 1 : 2 1 A Cu e Cu окисление K Cu e Cu редукция + + + −→ − +→ Анодният материал се приготвя от промишлена мед, съдържаща примеси, а на катода се получава чиста мед. Процесът с разтворим анод се извършва с цел рафиниране (почистване) на метали.

Електролизата се използва широко в различни области на техниката. Ето основните насоки за използване на този процес.

Разпределението в чиста форма на алуминий и метали от IA и IIA групи на периодичната таблица се извършва чрез електролиза на разтопени съединения идруги метали - чрез електролиза на водни разтвори.

За това се използва електролиза с разтворим анод.

3.Получаване на метални покрития.

Галванопластиката на металите се извършва за декоративни цели, за защита от корозия, повишаване на твърдостта и електропроводимостта. Отлагането на метал се извършва чрез електролиза на воден разтвор на сол и покритият продукт се окачва в електролизера като катод.

4.Анодиране на алуминий и неговите сплави.

Като електролит се взема разтвор на сярна киселина, оловна плоча служи като катод, а продуктът, който трябва да бъде анодизиран, служи като анод. По време на електролиза върху анода се образува филм от алуминиев оксид, който предпазва продукта от корозия. Филмът има множество пори, които могат да бъдат запълнени с багрило или фоточувствително съединение - това се използва за оцветяване на алуминиеви предмети и получаване на фотографски изображения върху тях.

5.Получаване на различни химикали.

Пример за такива процеси е електролизата на воден разтвор на натриев хлорид. По време на електролиза на катода се отделя водород, на анода се отделя хлор и в разтвора се натрупва алкален NaOH.

6.Защита от корозия.

Катодната защита се основава на процеса на електролиза, при който обектът, който трябва да бъде защитен, е свързан към отрицателния полюс на източник на ток, т.е. играе ролята на катод, върху който се редуцира водата.

Химическите източници на ток (съкратено HIT) са устройства, в които енергията на редокс реакция се преобразува в електрическа енергия. Другите им имена са електрохимичен елемент, галваничен елемент, електрохимичен елемент. Принципът на тяхното действие е следният: в резултат на взаимодействието на два реагентавъзниква химическа реакция с освобождаване на енергия от постоянен електрически ток. В други източници на ток процесът на генериране на електроенергия се извършва по многоетапна схема. Първо се отделя топлинна енергия, след това се преобразува в механична и едва след това в електрическа. Предимството на HIT е едноетапният процес, тоест електричеството се получава веднага, заобикаляйки етапите на получаване на топлинна и механична енергия. -

Някои видове химически източници на ток

Батерийни клетки

Батерии

Горивни клетки

29)Корозия на метали.

Корозията е разрушаване на метал в резултат на неговото физическо и химично взаимодействие с околната среда

Процесът на корозия е разтварянето на метала в естествени условия при взаимодействие с околната среда.

Основната причина за корозията на металите, включително електрохимичната корозия, е тяхната термодинамична нестабилност.

При взаимодействие с електролити или газове металите спонтанно се разтварят, преминавайки в по-стабилно окислено (йонно) състояние.

От голям теоретичен и практически интерес е механизмът на това саморазтваряне на металите, т.е. механизма на корозионния процес, неговите основни закономерности, скоростта на процеса и характера на корозионното увреждане.

Спонтанният преход на металите в окислено (йонно) състояние при взаимодействие с други вещества може да протече по 2 различнимеханизма : 1) химичен; 2) електрохимичен.

Споредусловията на протичане на процеса, се разделя на: 1. Газова корозия - липса на влага върху металната повърхност при високи температури 2. Корозия в неелектролити - бензин, керосин, органични течности 3, Корозия велектролити. 4. Корозия в естествени условия – атмосферни, морски, подземни 5. Корозия под напрежение (едновременно излагане на корозивна среда и механични повреди 6. Фретинг – (едновременно излагане на корозивна среда и триене). 7 Кавитация – (при въздействие на корозивна среда)

Скоростта на корозия се изразява по следните начини: 1 Маса - загуба на маса за единица време на единица площ от пробата за изпитване 2. Дълбока - намаляване на дебелината за единица време 3. Скоростта на електрохимична корозия може да се изрази чрез количеството ток на единица площ от метала.

Химичен механизъм: химическа реакция протича на една и съща повърхностна площ в един етап и нейната скорост не зависи от потенциала, докато металът отдава валентни електрони на окислителя, влизайки с него в химично съединение. Този механизъм се осъществява в газовата фаза, но освен в газовата фаза може да се появи и в електролита.

Химическата корозия е вид корозионно разрушаване на метал, свързано с взаимодействието на метал и корозивна среда, при което металът едновременно се окислява и корозивната среда се възстановява. Химическата корозия не е свързана с образуването, както и въздействието на електрически ток.

Движещата сила (първоначалната причина) на химическата корозия е термодинамичната нестабилност на металите. Те могат спонтанно да преминат към по-стабилно състояние в резултат на процеса:

Метал + Оксидиращ компонент на средата = Продукт на реакцията

В този случай термодинамичният потенциал на системата намалява.

По знака на промяната на термодинамичния потенциал е възможно да се определи възможността за спонтанна химическа корозия. Критерият обикновено е изобарно-изотермичният потенциалG. При спонтанното възникване на химичен процес се наблюдава намаляване на изобарно-изотермичния потенциал. Следователно, ако:

Δ GT 0, тогава процесът на химическа корозия е невъзможен;

Δ GT = 0, тогава системата е в равновесие.

Химическата корозия включва :

- газова корозия - корозионно разрушаване под въздействието на газове при високи температури;

- корозия в неелектролитни течности.

Скоростта на развитие на корозията Интензивността, с която се развива химическата корозия зависи от температурния режим. При високи температури окислителните процеси се развиват по-бързо. Освен това намаляването на ролята на термодинамичния фактор на реакцията не влияе на процеса. От голямо значение е охлаждането и променливото отопление. Поради термични напрежения се появяват пукнатини в оксидния филм. През пролуките окислителният елемент навлиза в повърхността. В резултат на това се образува нов слой от оксидния филм, а предишният се отлепва. Компонентите на газовата среда също играят важна роля. Този фактор е индивидуален за различните видове метали и е съобразен с температурните колебания. Например, медта бързо корозира, ако влезе в контакт с кислород, но е устойчива на този процес в среда на серен оксид. За никела, напротив, серният оксид е разрушителен и се наблюдава стабилност в кислорода, въглеродния диоксид и водната среда. Но хромът е устойчив на всички изброени среди. Забележка! Ако нивото на налягането на дисоциация на оксида надвишава налягането на окислителния елемент, процесът на окисление спира и металът става термодинамично стабилен. Компонентите на сплавта също влияят върху скоростта на окислителната реакция. Например манганът, сярата, никелът и фосфорът не окисляват желязото. И тукалуминий, силиций и хром правят процеса по-бавен. Кобалтът, медта, берилият и титанът още повече забавят окисляването на желязото. Добавките на ванадий, волфрам и молибден ще помогнат за по-интензивен процес, което се обяснява с плавимостта и летливостта на тези метали. Най-бавните окислителни реакции протичат с аустенитната структура, тъй като тя е най-адаптирана към високи температури.

Друг фактор, от който зависи скоростта на корозия, са характеристиките на третираната повърхност. Гладката повърхност се окислява по-бавно, докато неравната повърхност се окислява по-бързо.

3.Електрохимична корозия: причини и механизъм на възникване.

На практика най-често трябва да се сблъскате с електрохимична корозия. Той, за разлика от химическия, е придружен от появата на електрически ток и протича като правило в среди с добра йонна проводимост.

Според условията на изпълнение има:

— корозия в електролитите;

- стрес корозия и др.

Причините за електрохимичната корозия са различни видове нехомогенности както на самата повърхност на метала или сплавта, така и на корозивната среда. В резултат на това цялата повърхност в контакт с проводящата корозивна среда е разделена на катодни и анодни секции, които са много малки и се редуват една с друга. В такава среда те са съвкупност от огромен бройкорозивни галванични клетки с късо съединение, в резултат на което електрохимичната корозия често се наричагалванична корозия.

В СИСТЕМИ, КОРОЗИВНИ НЕ САМО МИКРО-, НО И МАКРО-ЕЛЕМЕНТИ, НАПРИМЕР, В КОНТАКТ С ЕЛЕКТРОЛИТ НА ДВЕ КОНТАКТНИ ЧАСТИ, ИЗРАБОТЕНИ ОТ РАЗЛИЧНИ МЕТАЛИДЕЙНОСТИ (ТАКА НАРИЧАНИКОНТАКТНА КОРОЗИЯ).

Механизмът на електрохимичната корозия се свежда до появата и функционирането на корозивни галванични макро- и микроелементи, поради което процесите в него са подобни на тези, протичащи в химически източници на ток: галванични и горивни клетки, батерии.Основната разлика между процесите на корозия е липсата на външна веригаПо време на процеса на корозия електроните не напускат корозиращия метал, а се движат вътре в него от анодните към катодните секции.

Ако се редуцират йони H30+ или водни молекули H2O, се говори за водородна корозия или корозия с водородна деполяризация. Възстановяването на йони става по следната схема:

2H3O+ + 2e- → 2H2O + H2 или 2H2O + 2e- → 2OH- + H2

Ако не се отделя водород, което често се случва в неутрална или силно алкална среда, настъпва редукция на кислорода и се нарича кислородна корозия или кислородна деполяризираща корозия:

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

Корозивен елемент може да се образува не само когато два различни метала влязат в контакт. Корозивен елемент се образува и в случай на единичен метал, ако например повърхностната структура е нехомогенна.

Скоростта на електрохимичната корозия на метали в солеви разтвори зависи от природата на разтворените йони и тяхната концентрация в разтвора. Неутралните водни разтвори на соли до определена концентрация причиняват по-силна корозия на повечето метали, отколкото дестилираната вода.[1]

Скоростта на електрохимичната корозия на метали в електролитни разтвори зависи много сложно от електрохимичните свойства на микроанодните и микрокатодните компоненти на метала (начални електродни потенциали, електрическа проводимост иполяризуемост), от свойствата на електролитния разтвор и скоростта на дифузия на деполяризатора (в нашия случай, кислородни молекули) до компонентите на микрокатода на металната повърхност.[2]

Скоростта на електрохимичната корозия на металите до известна степен също зависи от дисперсията, разпределението и съотношението на повърхностите на микроанодните и микрокатодните компоненти на метала.<4][5>

Скоростта на електрохимична корозия на метал може също да бъде намалена с неговата анодна поляризация, ако измества потенциала на защитения метал към пасивната област (вижте глава. Анодната защита от външен ток се основава на този принцип, при който защитената структура е свързана към положителния полюс на външен източник на ток, а спомагателният електрод (катод) към отрицателния.[5]

Както е известно [43],скоростта на електрохимичната корозия на метала се определя от следните основни фактори: ефективността на катодния процес, ефективността на анодния процес и стойността на омичното съпротивление. Стимулиращото корозията действие на сероводорода може да бъде свързано както с активирането на катодния или анодния процес, така и с ускоряването на предимно един от тях, в зависимост главно от средата, в която протича корозията.[6]

---