Как протекает коррозия луженого железа если слой олова поврежден кратко
Обновлено: 08.07.2024
Задача 1125.
Как влияет на коррозию железа его контакт с другими металлами? Какой металл будет разрушаться первым на поврежденной поверхности луженого, оцинкованного и никелированного железа?
Решение:
Коррозия - это электрохимический процесс, при котором одни частицы железа играют роль катода, другие — анода. Ржавчина представляет собой гидратированный оксид железа(III) Fе2О3 . хН2О. Ржавление протекает под воздействием воды и кислорода.
В анодной области идет процесс:
Fe 0 -2 = Fe 2+ (водн.),
1/2O2 + H2O + 2 = 2OH − (нейтральная или щелочная среда).
а) Коррозия лужёного железа в атмосферных условиях.
Стандартный электродный потенциал системы;
Sn 0 - 2 = Sn 2+ (-0,14 В) значительно больше, чем стандартный электродный потенциал (-0,44 В), отвечающий системе Fe 0 - 2 = Fe 2+ . Поэтому анодом будет являться железо, а катодом – олово. При контакте олова и железа в атмосфере разрушаться будет железо:
Анодный процесс:
Катодный процесс в нейтральной среде:
Так как ионы Fe 2+ с гидроксид-ионами OH − образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Fe(OH)2. Воздух окисляет его и образуется ржавчина, гидратированный оксид железа(III):
б) Коррозия оцинкованного железа в атмосферных условиях.
Цинк имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,763 В), чем железо (-0,44 В), поэтому он является анодом, железо – катодом. При контакте цинка и железа в атмосфере разрушаться будет цинк:
Анодный процесс: Zn 0 - 2 = Zn 2+
Катодный процесс в нейтральной среде:
Так как ионы Zn 2+ с гидроксид-ионами OH − образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Zn(OH)2.
в) Коррозия никелированного железа в атмосферных условиях.
При нарушении никелевого покрытия на железе атмосферная коррозия протекает с разрушением железа, так как никель имеет менее электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,25 В), чем у железа (0,44 В), то никель будет являться катодом, а железо – анодом.
Электрохимические процессы коррозии:
Анодный процесс: Fe 0 - 2 = Fe 2+
в нейтральной или щелочной среде: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH −
Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой OH − образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии цинка будет Fe(OH)2. Воздух окисляет его и образуется ржавчина, гидратированный оксид железа(III):
Как протекает коррозия железа, покрытого оловом (луженого), в кислой среде и во влажной атмосфере в случае повреждения покрытия?
В кислой среде: Fe(0)-2e=Fe(2+); 2H(+)+2e=H2; Fe(0) + 2H(+)=Fe(2+) + H2.
Во влажной атмосфере: Fe(0) - 2e =Fe(2+); O2 + 2H2O + 4e=4OH(-); Fe(2+) + 2OH(-); 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3.
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
До возникновения царапины, железо было изолировано от агрессивной среды слоем олова. После возникновения царапины, оба металла, и железо, и олово одновременно окажутся в контакте с агрессивной средой. Поэтому более активное железо начнет коррозировать (выступать в качестве протектора олова).
*Цитирирование задания со ссылкой на учебник производится исключительно в учебных целях для лучшего понимания разбора решения задания.
Похожие решебники
Популярные решебники 9 класс Все решебники
Главная задача сайта: помогать школьникам и родителям в решении домашнего задания. Кроме того, весь материал совершенствуется, добавляются новые сборники решений.
Коррозия - это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.
Электрохимическая коррозия - наиболее распространенный вид коррозии металлов, это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока. Примером коррозионных процессов электрохимического характера является разрушение деталей машин и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, во влажной атмосфере, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых при механической обработке металлов и т.д.
Причиной электрохимической коррозии является образование на поверхности металла большого количества микрогальванических пар, которые возникают по следующим причинам:
1. Наличие примесей металлов или других веществ, отличающихся по активности от основного металла.
2. Структурная неоднородность поверхности металла, что определяет наличие участков с разной активностью.
3. Неравномерность распределения деформаций в металле после термической и механической обработки и др.
При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:
- анодный - окисление металла: Ме - n? = Me n+
- катодный - восстановление ионов водорода в кислой среде:
2H + + 2e = H2 или молекул кислорода, растворенного в воде, в случае атмосферной коррозии:
Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. При атмосферной коррозии - коррозии во влажном воздухе при комнатной температуре - деполяризатором является кислород.
Пример 20. Как происходит коррозия цинка, находящегося в контакте с кадмием в нейтральном и кислом растворах? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?
Решение. При таком контакте возникает коррозионный гальванический микроэлемент. Цинк имеет более отрицательный потенциал (-0,763 В), чем кадмий (-0,403) (табл. 12.1), поэтому он является анодом, а кадмий - катодом.
Анодный процесс: Zn - 2? = Zn 2+ .
Катодный процесс: в кислой среде: 2H + + 2? = H2 ;
в нейтральной среде: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - .
Так как ионы Zn 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии в нейтральной среде будет Zn(OH)2.
Скорость коррозии тем больше, чем сильнее различаются электродные потенциалы металлов, т.е. чем дальше они расположены друг от друга в ряду напряжений. Кроме того, скорость коррозии повышается при увеличении концентрации электролита и повышении температуры.
Защита от коррозии.
Все методы защиты условно делятся на следующие группы:
1. Легирование металлов. Это эффективный, хотя и дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла вследствие образования на их поверхностях прочных оксидных пленок. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др.);
2. Защитные покрытия (металлические, неметаллические). Металлические покрытия подразделяются на анодные и катодные. При анодном покрытии металл покрывается более активным металлом, расположенным в ряду напряжения левее, например железо – цинком, и вэтом случае при коррозии идет окисление цинка. При катодном покрытии металл покрывается менее активным металлом, например железо - оловом, и в этом случае при коррозии тдет окисление железа;
3. Электрохимическая защита (этот метод основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала - протектора, а также катодной или анодной поляризацией за счет тока от внешнего источника);
4. Изменение свойств коррозионной среды. Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении, например снижают концентрацию Н + - ионов – подщелачивание, удаляют кислород и др.
Пример 21. Какие процессы протекают при коррозии оцинкованного и луженого железа?
а) в кислой среде;
Решение. 1. Оцинкованное железо получают, покрывая железо тонким слоем цинка. При таком контакте возникает гальванический элемент. Цинк имеет более отрицательный потенциал (-0,763 В), чем железо (-0,44 В) (табл. 7.1), поэтому он является анодом, а железо - катодом. а) Схема ГЭ записывается в кислой среде:
Анодный процесс: Zn - 2? = Zn 2+ ;
катодный процесс: 2H + + 2? = H2 .
Следовательно, цинк в этом случае корродирует вместо железа. Подобная защита металла, при которой он играет роль катода в процессе электрохимической коррозии, называется катодной защитой, а цинк в этом случае является анодным покрытием.
б) Для коррозии на воздухе схема ГЭ: (-) Zn ½ H2O, O2 ½ Fe (+).
Анодный процесс: Zn - 2? = Zn 2+ ;
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - .
Цинк защищает железо от коррозии даже после нарушения целостности покрытия.
a) В кислой среде: (-) Fe ½ HCl ½ Sn (+).
Анодный процесс: Fe - 2?= Fe 2+ ;
катодный процесс: 2H + + 2? = H2 .
б) Во влажной атмосфере: (-) Fe ½ H2O, O2 ½ Sn (+).
Анодный процесс: Fe - 2?= Fe 2+ ;
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - .
Суммарный процесс: 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe 2+ + 4OH - .
Олово защищает железо лишь до тех пор, пока защитный слой остается неповрежденным. Стоит только его повредить, как на железо начинают воздействовать воздух и влага. Олово даже ускоряет коррозию железа, потому что служит катодом в электрохимическом процессе коррозии. Подобная защита металла, при которой он играет роль анода в процессе электрохимической коррозии, называется анодной защитой, а олово в этом случае является катодным покрытием.
Пример 22. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?
Решение. Сравнение электродных потенциалов железа (-0,44 В) и алюминия (-1,7 В) показывает, что алюминий этой паре является анодом, а железо - катодом. Схема ГЭ:
Таким образом, вблизи алюминиевого гвоздя труба будет защищена от коррозии. Однако алюминиевый гвоздь должен в этих условиях быстро корродировать, и в конце концов труба упадет. Продуктом коррозии будет белый порошок гидроксида алюминия.
Анодный процесс: Al - 3? = Al 3+ , х4
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - . х3
Суммарный процесс: 4Al + 6H2O + 3O2 = 4Fe 2+ + 12OH - .
Коррозия - это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.
Электрохимическая коррозия - наиболее распространенный вид коррозии металлов, это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока. Примером коррозионных процессов электрохимического характера является разрушение деталей машин и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, во влажной атмосфере, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых при механической обработке металлов и т.д.
Причиной электрохимической коррозии является образование на поверхности металла большого количества микрогальванических пар, которые возникают по следующим причинам:
1. Наличие примесей металлов или других веществ, отличающихся по активности от основного металла.
2. Структурная неоднородность поверхности металла, что определяет наличие участков с разной активностью.
3. Неравномерность распределения деформаций в металле после термической и механической обработки и др.
При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:
- анодный - окисление металла: Ме - n? = Me n+
- катодный - восстановление ионов водорода в кислой среде:
2H + + 2e = H2 или молекул кислорода, растворенного в воде, в случае атмосферной коррозии:
Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. При атмосферной коррозии - коррозии во влажном воздухе при комнатной температуре - деполяризатором является кислород.
Пример 20. Как происходит коррозия цинка, находящегося в контакте с кадмием в нейтральном и кислом растворах? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?
Решение. При таком контакте возникает коррозионный гальванический микроэлемент. Цинк имеет более отрицательный потенциал (-0,763 В), чем кадмий (-0,403) (табл. 12.1), поэтому он является анодом, а кадмий - катодом.
Анодный процесс: Zn - 2? = Zn 2+ .
Катодный процесс: в кислой среде: 2H + + 2? = H2 ;
в нейтральной среде: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - .
Так как ионы Zn 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии в нейтральной среде будет Zn(OH)2.
Скорость коррозии тем больше, чем сильнее различаются электродные потенциалы металлов, т.е. чем дальше они расположены друг от друга в ряду напряжений. Кроме того, скорость коррозии повышается при увеличении концентрации электролита и повышении температуры.
Защита от коррозии.
Все методы защиты условно делятся на следующие группы:
1. Легирование металлов. Это эффективный, хотя и дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла вследствие образования на их поверхностях прочных оксидных пленок. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др.);
2. Защитные покрытия (металлические, неметаллические). Металлические покрытия подразделяются на анодные и катодные. При анодном покрытии металл покрывается более активным металлом, расположенным в ряду напряжения левее, например железо – цинком, и вэтом случае при коррозии идет окисление цинка. При катодном покрытии металл покрывается менее активным металлом, например железо - оловом, и в этом случае при коррозии тдет окисление железа;
3. Электрохимическая защита (этот метод основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала - протектора, а также катодной или анодной поляризацией за счет тока от внешнего источника);
4. Изменение свойств коррозионной среды. Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении, например снижают концентрацию Н + - ионов – подщелачивание, удаляют кислород и др.
Пример 21. Какие процессы протекают при коррозии оцинкованного и луженого железа?
а) в кислой среде;
Решение. 1. Оцинкованное железо получают, покрывая железо тонким слоем цинка. При таком контакте возникает гальванический элемент. Цинк имеет более отрицательный потенциал (-0,763 В), чем железо (-0,44 В) (табл. 7.1), поэтому он является анодом, а железо - катодом. а) Схема ГЭ записывается в кислой среде:
Анодный процесс: Zn - 2? = Zn 2+ ;
катодный процесс: 2H + + 2? = H2 .
Следовательно, цинк в этом случае корродирует вместо железа. Подобная защита металла, при которой он играет роль катода в процессе электрохимической коррозии, называется катодной защитой, а цинк в этом случае является анодным покрытием.
б) Для коррозии на воздухе схема ГЭ: (-) Zn ½ H2O, O2 ½ Fe (+).
Анодный процесс: Zn - 2? = Zn 2+ ;
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - .
Цинк защищает железо от коррозии даже после нарушения целостности покрытия.
a) В кислой среде: (-) Fe ½ HCl ½ Sn (+).
Анодный процесс: Fe - 2?= Fe 2+ ;
катодный процесс: 2H + + 2? = H2 .
б) Во влажной атмосфере: (-) Fe ½ H2O, O2 ½ Sn (+).
Анодный процесс: Fe - 2?= Fe 2+ ;
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - .
Суммарный процесс: 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe 2+ + 4OH - .
Олово защищает железо лишь до тех пор, пока защитный слой остается неповрежденным. Стоит только его повредить, как на железо начинают воздействовать воздух и влага. Олово даже ускоряет коррозию железа, потому что служит катодом в электрохимическом процессе коррозии. Подобная защита металла, при которой он играет роль анода в процессе электрохимической коррозии, называется анодной защитой, а олово в этом случае является катодным покрытием.
Пример 22. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?
Решение. Сравнение электродных потенциалов железа (-0,44 В) и алюминия (-1,7 В) показывает, что алюминий этой паре является анодом, а железо - катодом. Схема ГЭ:
Таким образом, вблизи алюминиевого гвоздя труба будет защищена от коррозии. Однако алюминиевый гвоздь должен в этих условиях быстро корродировать, и в конце концов труба упадет. Продуктом коррозии будет белый порошок гидроксида алюминия.
Анодный процесс: Al - 3? = Al 3+ , х4
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4? = 4OH - . х3
Суммарный процесс: 4Al + 6H2O + 3O2 = 4Fe 2+ + 12OH - .
Ох уж эти оцинкованные ведра! Покрытое цинком железное ведро (анодное покрытие). В этом случае при повреждении защитного слоя получается гальваническая пара, железо служит катодом, а анодом — цинк, и электроны переходят от цинка к железу; поэтому цинк разрушается, а железо остается защищенным. Защита действует, пока не будет разрушен весь слой цинка, на что потребуется времемя.
Интересно а на ряд активности металлов смотрим? Где железо и где олово. Про простому олово менее активно чем железо. А если вспомним консервную банку или крыжку для закатки Луженое железо (белая жесть) – железо, покрытое тонким защитным слоем олова. Луженое железо (белая жесть) используется при изготовлении консервных банок, цистерн, резервуаров, аппаратов, различного типа тары в пищевой индустрии.
Показать полностью. На наружной поверхности изделия из луженого железа (белой жести) олово является катодом, по отношению к железу, поэтому важно, чтоб защитный оловянный слой был сплошным, без царапин, пор и трещин. На внутренней поверхности резервуара олово по отношению к железу анодно. Это связано с образованием комплексных соединений ионов олова со многими пищевыми продуктами. Пищевые продукты могут создавать различные коррозионные среды.
Коррозия олова на внутренней поверхности консервной банки или резервуара обычно протекает без выделения водорода (иногда с очень незначительным). Но когда олово полностью разрушится – водород выделяется. Недостатком луженой тары (для консервных банок) является водородное вспучивание. Если консервная банка закрыта – коррозия олова протекает без образования ржавчины и чрезвычайно медленно. Когда же консервная банка из белой жести открыта – коррозия луженого железа во влажной атмосфере протекает интенсивно, внутренний слой тары покрывается продуктами коррозии.
Скорость коррозии с выделением водорода может быть замедлена снижением температуры, увеличением pH среды, очисткой металла от каталитических примесей, изоляцией поверхности металла.
Читайте также: