Процессы, протекающие на электродах при электролизе растворов

КАТОД (-) Не зависят от материала катода; зависят от положения металла в ряду напряжений	АНОД (+) Зависят от материала анода и природы анионов.
Анод нерастворимый (инертный), т.е. изготовлен из угля, графита, платины, золота.	Анод растворимый (активный), т.е. изготовлен из Cu, Ag, Zn, Ni, Fe и др. металлов (кроме Pt, Au)
1.В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после H2: Men+ +nē → Me°	1.В первую очередь окисляются анионы бескислородных кислот (кроме F-): Am- - mē → A°	Анионы не окисляются. Идёт окисление атомов металла анода:   Me° - nē → Men+ Катионы Men+переходят в раствор. Масса анода уменьшается.
2.Катионы металлов средней активности, стоящие между Al и H2, восстанавливаются одновременно с водой: Men+ + nē →Me° 2H2O + 2ē → H2↑ + 2OH-	2.Анионы оксокислот (SO42-, CO32-,..) и F- не окисляются, идёт окисление молекул H2O: 2H2O - 4ē → O2↑ +4H+
3.Катионы активных металлов от Li до Al (включительно) не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы H2O: 2H2O + 2ē →H2↑ + 2OH-	3.При электролизе растворов щелочей окисляются ионы OH-: 4OH- - 4ē → O2↑ +2H2O
4.При электролизе растворов кислот восстанавливаются катионы H+: 2H + + 2ē → H20↑

Электролиз растворов В отличие от электролиза расплавов при электролизе растворов в процессах на электродах участвует вода. Порядок разрядки катионов на катоде В первую очередь на катоде восстанавливаются катионы, стоящие в ряду напряжений после водорода. () 0: n K Me ne Me + − +→ - восстановление Катионы, стоящие в ряду напряжений до алюминия, из раствора на катоде не восстанавливаются. Вместо них восстанавливаются молекулы воды: () 2 2 K:2 2 2 H O e H OH − − +→ + - восстановление Катионы, стоящие в середине ряда напряжений от алюминия до водорода, восстанавливаются одновременно с водой. 3

Электролиз с растворимым анодом Все ранее рассмотренные процессы проводились с нерастворимым анодом. В качестве нерастворимого анода используют угольные и платиновые электроды. Растворимым считается анод, если при электролизе материал анода участвует в процессе на аноде, растворяется. Как правило, растворимый анод готовят из металла, соответствующего его катиону в растворе соли. Рассмотрим электролиз раствора с растворимым медным анодом. CuSO4 В растворе CuSO4 присутствуют ионы 2 Cu +, 2 4 SO −, а также молекулы воды. H O2 Процесс ведут таким образом, чтобы на аноде металл анода окислялся, а на катоде его катионы восстанавливались. () () 0 2 2 0: 2 1: 2 1 A Cu e Cu окисление K Cu e Cu восстановление + + + −→ − +→ Материал анода готовят из технической меди, содержащей примеси, а на катоде получают чистую медь. Процесс с растворимым анодом ведут с целью рафинирования (очистки) металлов.

27)

Электролиз находит широкое применение в различных областях техники. Приведем основные направления использования этого процесса.

1. Получение металлов.

Выделение в чистом виде алюминия и металлов IА и IIА групп таблицы Менделеева производится электролизом расплавленных соединений, а остальных металлов – электролизом водных растворов.

2. Очистка металлов.

Для этого применяется электролиз с растворимым анодом.

3. Получение металлических покрытий.

Гальванические покрытия металлов осуществляются в декоративных целях, для защиты от коррозии, повышения твердости и электропроводности. Осаждение металла осуществляется электролизом водного раствора соли, причем покрываемое изделие завешивается в электролизер в качестве катода.

4. Анодирование алюминия и его сплавов.

В качестве электролита берется раствор серной кислоты, катодом служит свинцовая пластина, а анодом подлежащее анодированию изделие. В ходе электролиза на аноде образуется пленка оксида алюминия, предохраняющая изделие от коррозии. В пленке имеются многочисленные поры, которые могут быть заполнены красителем или светочувствительным составом - это используется для окраски алюминиевых предметов и получения на них фотографических изображений.

5. Получение различных химических веществ.

Примером таких процессов может служить электролиз водного раствора хлорида натрия. В процессе электролиза на катоде выделяется водород, на аноде - хлор, а в растворе накапливается щелочь NaOH.

6. Защита от коррозии.

Катодная защита основана на процессе электролиза, в котором защищаемый объект присоединяется к отрицательному полюсу источника тока, т.е. играет роль катода, на котором происходит восстановление воды.

28)

Источники тока химические (сокращенно ХИТ) — приспособления, в которых энергия окислительно-восстановительной реакции преобразуется в электрическую. Другие их названия — электрохимический элемент, гальванический элемент, электрохимическая ячейка. Принцип их действия заключается в следующем: в результате взаимодействия двух реагентов происходит химическая реакция с выделением энергии постоянного электрического тока. В прочих источниках тока процесс получения электроэнергии происходит по многоступенчатой схеме. Сначала выделяется тепловая энергия, затем она превращается в механическую и лишь после этого в электрическую. Преимущество ХИТ — одноступенчатость процесса, то есть электричество получается сразу, минуя стадии получения тепловой и механической энергий. -

Некоторые виды химических источников тока

Гальванические элементы

Аккумуляторы

Топливные элементы

29) Коррозия металлов.

Коррозия- разрушение металла в результате его физико- химичекского взаимодействия с окружающей средой

Процесс коррозии – это растворение металла в естественных условиях при взаимодействии с окружающей средой

Первопричиной коррозии металлов, в том числе и электрохимической коррозии, является их термодинамическая неустойчивость.

При взаимодействии с электролитами или с газами, металлы самопроизвольно растворяются, переходя в более устойчивое окисленное (ионное) состояние.

Большой теоретический и практический интерес представляет механизм этого саморастворения металлов, т.е. механизм коррозионного процесса, его основные закономерности, скорость протекания процесса и характер коррозионного разрушения.

Самопроизвольный переход металлов в окисленное (ионное) состояние при взаимодействии с другими веществами может протекать по 2^мразличным механизмам: 1) химическому; 2) электрохимическому.

По условиям протекания процесса делится на: 1.Газовая коррозия- отсутствие влаги на поверхности металла при высоких температурах 2.Коррозия в неэлектролитах –бензин керосин, органические жидкости 3, Коррозия в электролитах. 4. Коррозия в естественных условиях-атмосферная, морская, подземная 5. Коррозия под напряжением (одновременное воздействие коррозионной среды и механических поврежлений 6. Фреттинг-(одновременное воздействие коррозтонной среды и трения). 7 Кавитация-(при ударном воздействии коррозионной среды)

Скорость коррозии выражают следующими способами: 1 Массовый – потеря массы за единицу времени к единице площади испытуемого образца 2. Глубинный-уменьшение толщины в единицу времени 3. Скорость электрохимической коррозии можно выразить величиной тока, приходящейся на единицу площади металла.

Химический механизм: химическая реакция проходит на одном и том же участке поверхности в одну стадию, и ее скорость не зависит от потенциала, при этом металл отдает окислителю валентные электроны, вступая с ним в химическое соединение. Этот механизм имеет место в газовой фазе, но помимо газовой фазы может происходить в электролите.

Химическая коррозия - это вид коррозионного разрушения металла, связанный с взаимодействием металла и коррозионной среды, при котором одновременно окисляется металл и происходит восстановление коррозионной среды. Химическаякоррозия не связана с образованием, а также воздействием электрического тока.

Движущей силой (первопричиной) химической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов. Они могут самопроизвольно переходить в более устойчивое состояние в результате процесса:

Металл + Окислительный компонент среды = Продукт реакции

При этом термодинамический потенциал системы уменьшается.

По знаку изменения термодинамического потенциала можно определить возможность самопроизвольного протекания химической коррозии. Критерием обычно служит изобарно-изотермический потенциал G. При самопроизвольном протекании химического процесса наблюдается убыль изобарно-изотермического потенциала. Поэтому, если:

Δ G_Т < 0, то процесс химической коррозии возможен;

Δ G_Т > 0, то процесс химической коррозии невозможен;

Δ G_Т = 0, то система находится в равновесии.

К химической коррозии относятся:

- газовая коррозия - коррозионное разрушение под воздействием газов при высоких температурах;

- коррозия в жидкостях-неэлектролитах.

Скорость развития коррозии Интенсивность, с какой развивается химическая коррозия, зависит от температурного режима. При высокой температуре окислительные процессы развиваются стремительнее. Причем снижение роли термодинамического фактора протекания реакции не влияет на процесс. Немалое значение имеет охлаждение и переменный нагрев. Из-за термических напряжений в оксидной пленке появляются трещины. Через прорехи окислительный элемент попадает на поверхность. В результате образуется новый слой оксидной пленки, а прежний — отслаивается. Не последнюю роль играют и компоненты газовой среды. Этот фактор индивидуален для разных видов металлов и согласуется с температурными колебаниями. К примеру, медь быстро поддается коррозии, если она контактирует с кислородом, но отличается устойчивостью к этому процессу в среде оксида серы. Для никеля же напротив, серный оксид губителен, а устойчивость наблюдается в кислороде, диоксиде углерода и водной среде. А вот хром проявляет стойкость ко всем перечисленным средам. Обратите внимание! Если уровень давления диссоциации окисла превышает давление окисляющего элемента, окислительный процесс останавливается и металл обретает термодинамическую устойчивость. На скорость окислительной реакции влияют и компоненты сплава. Например, марганец, сера, никель и фосфор никак не способствуют окислению железа. А вот алюминий, кремний и хром делают процесс более медленным. Еще сильнее замедляют окисление железа кобальт, медь, бериллий и титан. Сделать процесс более интенсивным помогут добавки ванадия, вольфрама и молибдена, что объясняется легкоплавкостью и летучестью данных металлов. Наиболее медленно окислительные реакции протекают при аустенитной структуре, поскольку она наиболее приспособлена к высоким температурам.

Еще один фактор, от которого зависит скорость коррозии, — характеристика обработанной поверхности. Гладкая поверхность окисляется медленнее, а неровная — быстрее.

30)

3. Электрохимическая коррозия: причины и механизм возникновения.

На практике чаще всего приходится иметь дело с электрохимической коррозией. Она, в отличие от химической, сопровождается возникновением электрического тока и протекает, как правило, в средах с хорошей ионной проводимостью.

По условиям осуществления различают:

— коррозию в электролитах;

— атмосферную коррозию;

— электрокоррозию;

— коррозию под напряжением и др.

Причинами возникновения электрохимической коррозии служат различные виды неоднородностей как самой поверхности металла или сплава, так и коррозионной среды. В результате вся поверхность, соприкасающаяся с токопроводящей коррозионной средой, разделяется на катодные и анодные участки, которые имеют очень малые размеры и чередуются друг с другом. В такой среде они представляют собой совокупность огромного числа короткозамкнутых коррозионных гальванических элементов, вследствие чего электрохимическую коррозию часто называют гальванической коррозией.

В СИСТЕМАХ ВОЗМОЖНО ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОРРОЗИОННЫХ НЕ ТОЛЬКО МИКРО-, НО И МАКРОЭЛЕМЕНТОВ, НАПРИМЕР, ПРИ КОНТАКТЕ С ЭЛЕКТРОЛИТОМ ДВУХ СОПРИКАСАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ МЕТАЛЛОВ РАЗЛИЧНОЙ АКТИВНОСТИ (ТАК НАЗЫВАЕТАЯ КОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ).

Механизм электрохимической коррозии сводится к возникновению и функционированию коррозионных гальванических макро- и микро-элементов., поэтому ее процессы аналогичны процессам, протекающим в химических источниках тока: гальванических и топливных элементах, аккумуляторах. Основное отличие коррозионных процессов — отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а перемещаются внутри него от анодных участков к катодным.

Если происходит восстановление ионов H30+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме:

2H3O+ + 2e- → 2H2O + H2или2H2O + 2e- → 2OH- + H2

Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией:

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.

Скорость электрохимической коррозии металлов в растворах солей зависит от природы растворенных ионов и их концентрации в растворе. Нейтральные водные растворы солей до определенной концентрации вызывают более сильную коррозию большинства металлов, чем дистиллированная вода.   [1]

Скорость электрохимической коррозии металлов в растворах электролитов очень сложно зависит от электрохимических свойств микроанодных и микрокатодных составляющих металла (начальных электродных потенциалов, электропроводности и поляризуемости), от свойств раствора электролита и скорости диффузии деполяризатора (в нашем случае молекул кислорода) к микрокатодным составляющим металлической поверхности.   [2]

Скорость электрохимической коррозии металлов в какой-то степени зависит также от дисперсности, распределения и отношения поверхностей микроанодных и микрокатодных составляющих металла.   [4]

Скорость электрохимической коррозии металла может быть уменьшена и при его анодной поляризации, если она смещает потенциал защищаемого металла в пассивную область (см. гл. На этом принципе основана анодная защита внешним током, при которой защищаемую конструкцию подсоединяют к положительному полюсу внешнего источника тока, а вспомогательный электрод (катод) - к отрицательному.   [5]

Как известно [43], скорость электрохимической коррозии металла определяется следующими основными факторами: эффективностью протекания катодного процесса, эффективностью протека -, ния анодного процесса и величиной омического сопротивления. Стимулирующее коррозию действие сероводорода может быть связано как с активизацией катодного или анодного процесса, так и ускорением преимущественно одного из них, зависящего главным образом от среды, в которой происходит коррозия.   [6]

31)

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: