10. Determinarea potenţialului de coroziune
Transcript of 10. Determinarea potenţialului de coroziune
Determinarea potenţialului de coroziune
Scopul lucrării
Se va determina potenţialul de coroziune şi se vor calcula supratensiunea anodică şi
catodică pentru Fe, Zn, Al supuse coroziunii în mediu acid (soluţie H2SO4), în mediu bazic
(soluţie NaOH) şi în mediu neutru (soluţie NaCl).
În mediu acid are loc coroziunea cu depolarizare de hidrogen, iar în mediul neutru şi
alcalin - coroziunea cu depolarizare de oxigen.
Introducere
Se defineşte drept electrod sistemul electroneutru metal/soluţie de electrolit. Electrozii
pot fi reversibili şi ireversibili. Electrozii reversibili sunt caracterizaţi de reacţii de echilibru la
interfaţa metal/soluţie de electrolit. Când soluţia reprezintă un mediu coroziv reacţiile la
interfaţa metal/soluţie de electrolit sunt ireversibile. Ca urmare a desfăşurării simultane a
proceselor de ionizare a metalului (procese anodice) şi depolarizării, reducerii agenţilor
corozivi din soluţia de electrolit (procese catodice) pe aceeaşi suprafaţă metalică, la interfaţa
metal/mediu coroziv apare spontan, o diferenţă de potenţial numită potenţial de coroziune.
Procesul global al coroziunii cu depolarizare de hidrogen sau oxigen se obţine prin
însumarea algebrică a reacţiilor de ionizare a metalului (oxidare) şi a reacţiei de depolarizare
(reducere) a ionilor sau moleculelor din mediul coroziv.
Reacţiile chimice în coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt:
În medii acide:
Reacţie de ionizare a metalului (oxidare), MM+z +ze-
(Fe Fe+2 + 2e-)
şi Reacţie de depolarizare (reducere), zH++ze- z/2 H2
(2H+ + 2e- H2)
Reacţie globală: M+ zH+ M+z + z/2 H2,
(Fe + 2H+ Fe+2 + H2)
În medii neutre şi alcaline:
Reacţie de oxidare, MM+z +ze-
(Fe Fe+2 + 2e- )
Reacţie de depolarizare (reducere), zH2O+ze-zOH-+z/2H2
2H2O+2e- 2OH- + H2
Reacţie globală: M + zH2O M+z + zOH- + z/2 H2,
(Fe + 2H2O Fe+2 + 2OH- + H2)
Coroziune cu depolarizare de oxigen:
În medii acide:
Reacţie de oxidare, MM+z +ze-
(Fe Fe+2 + 2e-)
Reacţie de depolarizare, zH++z/4 O2 +ze- z/2H2O
(2H++1/2 O2 +2e- H2O)
Reacţie globală: M+ zH++z/4 O2 M+z +z/2H2O,
(Fe+ 2H++1/2 O2 Fe+2 +2H2O)
În medii neutre şi alcaline:
Reacţie de oxidare, MM+z +ze-
(Fe Fe+2 + 2e-)
Reacţie de depolarizare (reducere), z/2 H2O +z/4O2+ze- zOH-
(H2O +1/2O2+2e- 2OH-)
Reacţie globală: M+z/2 H2O +z/4O2 M(OH)z,
(Fe+ H2O +1/2O2 Fe(OH)2)
Supratensiunea se defineşte matematic astfel:
(4.6.2.1)
unde εi este potenţialul electrodului metalic străbătut de un curent electric (curent de
descărcare, curent de electroliză, curent de coroziune), iar εi=o reprezintă potenţialul de
coroziune în circuit deschis, i=0.
În cazul coroziunii electrochimice: εi=εcor şi εi=o =εo1 sau εi=o =εo
2
Între potenţialele de electrod (de echilibru) şi potenţialul de coroziune la care se
desfăşoară simultan procesul anodic sau catodic al metalului, există relaţiile:
; a - supratensiunea anodică (ηa>0); (4.6.2.2)
; c - supratensiunea catodică (ηc<0). (4.6.2.3)
Potenţialul de coroziune şi supratensiunea depind de natura chimică şi starea suprafeţei
metalului, de natura chimică şi pH-ul mediului coroziv.
Aparatură şi substanţe: celulă electrolitică (fig. 4.6.2.1).
1. cuve cu soluţii de acid sulfuric (H2SO4), hidroxid de sodiu (NaOH) sau clorură de sodiu
(NaCl);
2. M (metal)- Zn, Al sau Fe;
3. punte electrolitică;
4. electrod de referinţă Cu/ CuSO4;
5. multimetru
Fig. 4.6.2.1 Celula electrolitică
Mod de lucru
Se curăţă plăcuţele metalice (electrozii) cu hârtie metalografică înaintea fiecărei
măsurători. Se alcătuiesc pile galvanice în care un electrod este metalul introdus în mediul
coroziv, iar celălalt este electrodul de referinţă:
(-) Me/H2SO4//electrod de referinţă (+)
(-) Me/NaOH//electrod de referinţă (+)
(-) Me/NaCl//electrod de referinţă (+)
Ca electrod de referinţă se poate folosi electrodul de Cu/CuSO4 (1M), cu
. Electrodul de referinţă se conectează la borna pozitivǎ iar metalul se
conecteazǎ la borna negativǎ a instrumentului de măsură a tensiunii electromotoare şi se
notează valoarea t.e.m. (E) indicată de afişajul electronic după două minute, când se consideră
că a atins o valoare relativ constantă.
Rezultate şi calcule:
Se calculează potenţialul de coroziune ştiind că tensiunea electromotoare măsurată este
diferenţa dintre potenţialul catodului şi cel al anodului:
Supratensiunea se calculează pentru fiecare caz folosind relaţiile (4.6.2.2) şi (4.6.2.3). Se
cunosc următoarele valori ale potenţialelor standard de electrod:
(mediu neutru şi alcalin).
Se întocmeşte următorul tabel:
Nr.
det.Pila de coroziune
Emăsurat
[V]
ecor
[V] [V]
[V]
a
[V]
c
[V]
1. (-)Fe/H2SO4//CuSO4/Cu (+)
2. (-)Fe/NaOH//CuSO4/Cu (+)
3. (-)Fe/NaCl//CuSO4/Cu (+)
4. (-)Zn/H2SO4//CuSO4/Cu (+)
5. (-)Zn/NaOH//CuSO4/Cu (+)
6. (-)Zn/NaCl//CuSO4/Cu (+)
7. (-)Al/H2SO4//CuSO4/Cu (+)
8. (-)Al/NaOH//CuSO4/Cu (+)
9. (-)Al/NaCl//CuSO4/Cu (+)
Interpretare rezultate:
Se vor scrie reacţiile ce intervin în procesul de coroziune ale următoarelor metale: Fe
(bivalent), Zn (bivalent), Al (trivalent);
Se verifică potenţialul de coroziune cu cel obţinut din diagramele Tafel pentru fiecare
metal în parte.