9. Determinarea potenţialului de coroziune

Scopul lucrăriiSe 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.

Principiul lucrǎrii. 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: (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:

; ha - supratensiunea anodică (ηa>0); (2)

; hc - supratensiunea catodică (ηc<0). (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. 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. 1 Celula electrolitică

Mod de lucru Se curăţă plăcuţele metalice (electrozii) cu hârtie metalografică înaintea fiecărei

măsurători. Se alcătuiesc pile galvanice indicate de cadrul didactic, 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 (Emasurata) este diferenţa dintre potenţialul catodului şi cel al anodului:

Supratensiunea se calculează pentru fiecare caz folosind relaţiile (2) şi (3). Se cunosc următoarele valori ale potenţialelor standard de electrod:

(mediu neutru şi alcalin).

Se întocmeşte următorul tabel:Nr.det.

Pila de coroziuneEmăsuratǎ

[V]

ecor[V] [V]

[V]

ha[V]

hc[V]

1.2.3.

Interpretare rezultate: Scrieţi reacţiile electrochimice de corodare a unuia dintre metale, în cele trei medii corozive. Ordonaţi metalele studiate dupǎ valorile potenţialului de coroziune, pe de-o parte, şi dupǎ valorile potenţialului standard de electrod. Comparaţi seriile obţinut şi explicaţi diferenţele.

Exerciţii: 1.Sa se scrie reactiile ce intervin in procesul de coroziune ale urmatoarelor metale: Ni (bivalent), Al (trivalent), Sn (tetravalent). Atat in mediu acid cat si in mediu neutru si alcalin2. In urma coroziunii unui otel aliat introdus intr-o solutie de pH 3.5 se degaje un volum de 1ml H2 masurat in conditii normale. Sa se scrie reactiile chimice au loc si sa se calculeze masa de Fe corodata.3. In urma coroziunii unei bare de zinc intr-o solutie de NaOH 3N s-au degajat 2,2 ml H2

(c.n). sa se scrie ecuatia reactiei globale de coroziune si sa se calculeze cantitatea de zinc corodata.