Determinarea potentialului de coroziune

Determinarea potentialului de coroziune

Scopul lucrarii

Se va determina potentialul de coroziune si se vor calcula supratensiunea anodica si catodica pentru Fe, Zn, Al supuse coroziunii in mediu acid (solutie H₂SO₄), in mediu bazic (solutie NaOH) si in mediu neutru (solutie NaCl).

In mediu acid are loc coroziunea cu depolarizare de hidrogen, iar in mediul neutru si al 434j99e calin - coroziunea cu depolarizare de oxigen.

Introducere

Se defineste drept electrod sistemul electroneutru metal/solutie de electrolit. Electrozii pot fi reversibili si ireversibili. Electrozii reversibili sunt caracterizati de reactii de echilibru la interfata metal/solutie de electrolit. Cand solutia reprezinta un mediu coroziv reactiile la interfata metal/solutie de electrolit sunt ireversibile. Ca urmare a desfasurarii simultane a proceselor de ionizare a metalului (procese anodice) si depolarizarii, reducerii agentilor corozivi din solutia de electrolit (procese catodice) pe aceeasi suprafata metalica, la interfata metal/mediu coroziv apare spontan, o diferenta de potential numita potential de coroziune.

Procesul global al coroziunii cu depolarizare de hidrogen sau oxigen se obtine prin insumarea algebrica a reactiilor de ionizare a metalului (oxidare) si a reactiei de depolarizare (reducere) a ionilor sau moleculelor din mediul coroziv.

Reactiile chimice in coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt:

In medii acide

Reactie de ionizare a metalului (oxidare), M M^+z +ze^-

(Fe Fe⁺² + 2e^-)

si Reactie de depolarizare (reducere), zH⁺+ze^- z/2 H₂

(2H⁺ + 2e^- H₂)

Reactie globala: M+ zH⁺ M^+z + z/2 H₂,

(Fe + 2H⁺ Fe⁺² + H₂)

In medii neutre si alcaline

Reactie de oxidare, M M^+z +ze^-

(Fe Fe⁺² + 2e^- )

Reactie de depolarizare (reducere),   zH₂O+ze^- zOH^-+z/2H₂

2H₂O+2e^- 2OH^- + H₂

Reactie globala: M + zH₂O M^+z + zOH^- + z/2 H_2,

(Fe + 2H₂O Fe⁺² + 2OH^- + H₂)

Coroziune cu depolarizare de oxigen:

In medii acide

Reactie de oxidare,   M M^+z +ze^-

(Fe Fe⁺² + 2e^-)

Reactie de depolarizare, zH⁺+z/4 O₂ +ze^- z/2H₂O

(2H⁺+1/2 O₂ +2e^- H₂O)

Reactie globala: M+ zH⁺+z/4 O₂ M^+z +z/2H₂O,

(Fe+ 2H⁺+1/2 O₂ Fe⁺² +2H₂O)

In medii neutre si alcaline

Reactie de oxidare, M M^+z +ze^-

(Fe Fe⁺² + 2e^-)

Reactie de depolarizare (reducere), z/2 H₂O +z/4O₂+ze^- zOH^-

(H₂O +1/2O₂+2e^- 2OH^-)

Reactie globala: M+z/2 H₂O +z/4O₂ M(OH)_z,

(Fe+ H₂O +1/2O₂ Fe(OH)₂)

Supratensiunea h se defineste matematic astfel:

(4.6.2.1)

unde ε_i este potentialul electrodului metalic strabatut de un curent electric (curent de descarcare, curent de electroliza, curent de coroziune), iar ε_i=o reprezinta potentialul de coroziune in circuit deschis, i=0.

In cazul coroziunii electrochimice:  ε_i=ε_cor si ε_i=o ε^o sau ε_i=o ε^o

Intre potentialele de electrod (de echilibru) si potentialul de coroziune la care se desfasoara simultan procesul anodic sau catodic al metalului, exista relatiile:

; _a - supratensiunea anodica (η_a>0); (4.6.2.2)

; _c - supratensiunea catodica (η_c<0). (4.6.2.3)

Potentialul de coroziune si supratensiunea depind de natura chimica si starea suprafetei metalului, de natura chimica si pH-ul mediului coroziv.

Aparatura si substante: celula electrolitica (fig. 4.6.2.1).

cuve cu solutii de acid sulfuric (H₂SO₄), hidroxid de sodiu (NaOH) sau clorura de sodiu (NaCl)

2. M (metal)- Zn, Al sau Fe;

3. punte electrolitica;

4. electrod de referinta Cu/ CuSO_4;

5. multimetru

Fig. 4.6.2.1 Celula electrolitica

Mod de lucru

Se curata placutele metalice (electrozii) cu hartie metalografica inaintea fiecarei masuratori. Se alcatuiesc pile galvanice in care un electrod este metalul introdus in mediul coroziv, iar celalalt este electrodul de referinta:

(-) Me/H₂SO₄//electrod de referinta (+)

(-) Me/NaOH//electrod de referinta (+)

(-) Me/NaCl//electrod de referinta (+)

Ca electrod de referinta se poate folosi electrodul de Cu/CuSO₄ (1M), cu . Electrodul de referinta se conecteaza la borna pozitivǎ iar metalul se conecteazǎ la borna negativǎ a instrumentului de masura a tensiunii electromotoare si se noteaza valoarea t.e.m. (E) indicata de afisajul electronic dupa doua minute, cand se considera ca a atins o valoare relativ constanta.

Rezultate si calcule:

Se calculeaza potentialul de coroziune stiind ca tensiunea electromotoare masurata este diferenta dintre potentialul catodului si cel al anodului:

Supratensiunea se calculeaza pentru fiecare caz folosind relatiile (4.6.2.2) si (4.6.2.3). Se cunosc urmatoarele valori ale potentialelor standard de electrod:

(mediu neutru si alcalin).

Se intocmeste urmatorul tabel:

Interpretare rezultate:

Se vor scrie reactiile ce intervin in procesul de coroziune ale urmatoarelor metale: Fe (bivalent), Zn (bivalent), Al (trivalent);

Se verifica potentialul de coroziune cu cel obtinut din diagramele Tafel pentru fiecare metal in parte.