Корозія металів.

Корозія – процес мимовільного руйнування металів та їхніх сплавів під впливом навколишнього середовища. Внаслідок корозії відбувається перехід атомів металу з його кристалічної гратки у сполуки з компонентами середовища. Це призводить до зменшення маси металу та погіршення багатьох його властивостей, зокрема міцності. Корозія найхарактерніша для металів, які трапляються в природі не в саморідному стані, а у вигляді хімічних сполук, що входять до складу мінералів та руд. Добування металів із стійких природних сполук потребує затрат великої кількості енергії. Навпаки, внаслідок корозійного руйнування метали знову переходять в оксиди, сульфіди, карбонати та інші полуки, які термодинамічно стійкіші, ніж чисті метали. Перебіг процесів корозії відбувається мимовільно.

Корозія відбувається на межі поділу фаз метал – середовище і належать до окисно – відновних гетерогенних процесів. Вона може відбуватися у газах, в атмосфері, у воді, органічних розчинниках за хімічним та електрохімічним механізмами.

Хімічна корозія реалізується в неелектролітах та сухих газах. Відбувається за законами гетерогенних хімічних реакцій. До хімічної корозії належать процеси окиснення металів агресивними газами за високих температур. При цьому електродні процеси на межі поділу фаз не виникають, а передача електронів від відновника до окисника відбувається безпосередньо під час зіткнення учасників взаємодії. Отже, цей вид корозії відбувається внаслідок взаємодії металів з агресивним неструмопровідним середовищем і не супроводжується виникненням у системі електричного струму.

У разі хімічної корозії метал руйнується під дією та інших газів за відсутності на поверхні вологи. На поверхні металу утворюються плівки продуктів корозії – оксидів, сульфідів, галогенідів тощо.

Електрохімічна корозія – найпоширеніший і найнебезпечніший вид корозійного руйнування металів, які перебувають у контакті з розчинами електролітів (на повітрі, у грунті, у розчинах тощо).

Між металом та його іонами у розчині встановлюється рівновага:

яка визначає електродний потенціал напівреакції. Стан рівноваги може зберігатися нескінченно довго за умови, що метал перебуває у стані рівноваги з власними іонами в розчині. Втрати металу відсутні.

Якщо в розчині разом з іонами металу, які виконують функцію окисників, перебувають частинки (іони або молекули), які також здатні бути окисниками (відбирати електрони і відновлюватись), рівновага буде зміщуватись в бік утворення іонів металу, що і спричиняє корозію.

Наприклад, контакт з розчинами . Окисником є іони . Для перебігу зазначених реакцій потрібно, щоб рівноважний потенціал водневого електрода був більший за потенціал металевого ( ):

Якщо окисником є розчинний у воді кисень ( ), то анодний процес (окиснення):

а катодний процес – відновлення молекул кисню ( ):

Окисниками можуть бути також інші частинки з потенціалами, більшими за потенціал металу.

У реальних умовах використовуються і піддаються корозії технічні метали, що містять домішки інших металів та їхніх сполук. Порівняно з чистими металами вони кородують значно швидше, що зумовлено роботою гальванічних пар. Корозійні гальванічні пари виникають у разі контакту двох різних металів з розчином електроліту або контакту металу з його сполукою, яка має металічну провідність. Електричний струм у металі зумовлений рухом електронів, а в розчині – рухом катіонів від анодної ділянки (-) до катодної (+) та аніонів від катодної ділянки (+) до анодної (-). При цьому корозії піддаються анодні ділянки, а катодні не руйнуються.

Схема корозії сталі (залізо контактує з цементитом ):

під час корозії поводиться як активний партнер гальванічної пари і переходить у розчин у вигляді катіонів з утворенням анодної ділянки (-):

,

електрони рухаються в бік цементиту – катодна ділянка (+).

При рН < 7 на цементиті відновлюються іони :

При рН > 7 на цементиті відновлюється розчинений у воді кисень:

Іони , що утворилися на анодних ділянках, сполучаються з іонами , що утворилися на катодних ділянках:

Корозійний елемент, який складається з заліза з вкрапленнями міді:

є анодом, що розчиняється з утворенням :

.

Катодом є мідні домішки, на яких відновлюються іони за рахунок приєднання електронів, відданих залізом під час іонізації:

Електрохімічний ланцюг такого корозійного елемента:

Можливість мимовільного перебігу корозійного процесу, внаслідок якого руйнується основний метал – залізо, визначається:

Швидкість корозії залежить від складу кородуючого металу, наявності в ньому домішок, механічних напруг,стану поверхні, складу електроліту. Підвищення концентрації окисника ( або ), а також іонів та інших, які зв’язують іони металу в комплекси і підвищують електропровідність електроліту, сприяє перебігу електрохімічної корозії.