1. Cel ćwiczenia.
Zapoznanie się z procesami korozji chemicznej, elektrochemicznej i wpływem różnych czynników na jej przebieg.
2. Opis stanowiska badawczego.
Opis stanowiska: szkło i odczynniki. Stanowisko badawcze składa się z odpowiedniej ilości probówek, zakraplacza, tryskawki z wodą destylowaną, bibułki filtrującej, papieru ściernego i z roztworów potrzebnych do przeprowadzenia odpowiednich doświadczeń, takich jak: NaOH 2 M, H2SO4 1 M, CuSO4 , K3[Fe(CN)6], H2O, NaCl 0,1 M , Hg(NO3)2) , roztwór fenoloftaleiny i metali: granulki cynku, drutu miedzianowego, blaszkę ocynkowaną i ocynowaną, blaszkę żelazną, blaszki aluminiowe.
Przebieg i analiza: Do dwóch probówek odmierzyłem po 3 cm3 H2SO4 o stężeniu
1 mol/dm3 i wrzuciłem po jednej granulce cynku. Obserwowałem szybkość wydzielania wodoru
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
cynk kwas siarkowy siarczan cynku wodór
Zn0 - 2e Zn2+ / *1
2 H+ + 2e H02 / *1
Następnie zetknąłem granulkę cynku w jednej probówce z drutem miedzianym. Reakcja zaczęła zachodzić szybciej. Po wyjęciu drutu z probówki zaczekałem klika minut, aż szybkość wydzielania wodoru wyrówna się w obu probówkach i do jednej dodałem CuSO4.
Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu
cynk siarczan miedzi siarczan cynku miedź
Cu2+ + 2e Cu0 / *1
Wniosek:
Zachodzi zjawisko korozji. Najpierw wodór wydziela się powoli i w małych ilościach. Poprzez zetknięcie cynku z miedzią (wodór wydziela się) utworzyło się ogniwo galwaniczne. Wodór wydzielał się intensywniej.
Anoda : (Zn) Zn0 - 2e Zn2+
Katoda: (Ca) 2H+ - 2e H2
Rysunek 1. Przedstawia krótkozwarte ogniwa (galwaniczne) tworzące się w czasie wykonania ćwiczenia.
Powstaje mikroogniwo galwaniczne.
Zn
Zn ma więcej elektronów, które chętniej oddaje, ma większy potencjał ujemny i przechodzi w stan jonowy, jest bardziej aktywny.
Po dodaniu CuSO4 tworzy się również ogniwo galwaniczne. Reakcje na anodzie i katodzie są takie same jak przy zetknięciu z drutem miedzianym. Depokryzacji ulega wodór, który w tym wypadku również wydziela się szybciej. Bardziej aktywny cynk wypiera miedź z roztworu jej soli.
Korozja elektrochemiczna zachodzi w wyniku działania elektrolitu, tworzy się ogniwo korozyjne i prąd przepływa między biegunami tego ogniwa. Korozja chemiczna przebiega mniej intensywniej od korozji elektrochemicznej. Na każdym z mikroogniw zachodzi także reakcja jak na anodzie i katodzie.
Doświadczenie 3.3 Korozja blach stalowych (żelaznych) pokrytych innymi metalami.
Przebieg i analiza: Do przygotowanego roztworu rozcieńczonego kwasu H2SO4 i heksacyjanożelazianu III potasu K3[Fe(CN)6] wrzuciłem do jednej probówki (po poprzednim rozdzieleniu roztworu na dwie części) blaszkę ocynkowaną, do drugiej ocynowaną. Blaszki mają uszkodzone krawędzie, ponieważ wycięto je z dużych arkuszy blachy.
a)
Anodzie: (Zn) Zn0 - 2e Zn2+
Katodzie: (Fe) 2H+ - 2e H2 - depolaryzacja wodoru
Rys 2.Schemat korozji blachy ocynkowanej.
Fe
W blaszce ocynkowanej powstaje ogniwo galwaniczne, anodę stanowi cynk, metal bardziej aktywny. Katodę stanowi żelazo mniej aktywne.
3 Zn2+ + 2 Fe(CN)63- Zn3[Fe(CN)6]2 - żółty kolor
kation cynku anion heksacyjanożelazianu
Zn3[Fe(CN)6]2 - heksacyjanożelazian III cynku
Korozji ulega cynk, ponieważ jest bardziej aktywny.
b)
Anoda: (Fe) Fe - 2e Fe2+
Katoda: (Sn) 2H+ - 2e H2 - depolaryzacja wodorowa
Rys 3.Schemat korozji blachy ocynowanej.
rdza
Na blaszce ocynowanej powstaje ogniwo galwaniczne, a anodę stanowi żelazo, metal bardziej aktywny od cyny. Katodą jest cyna, metal mniej aktywny.
3 Fe2+ + 2 Fe(CN)63- Fe3[Fe(CN)6]2
kation żelaowy anion heksacyjanożelazianu
Fe3[Fe(CN)6]2 - heksacyjanożelazian III żelaza II
Na warstwie żelaza powstaje błękitny osad. Blaszka ocynowana rdzewieje w miejscu uszkodzenia cyny.
Cynk lepiej chroni powierzchnie stali, ponieważ jest bardziej aktywny i w przypadku niewielkiego uszkodzenia warstwy powlekającej on pierwszy ulega reakcji.
Doświadczenie 3.4 Korozja elektrochemiczna pod kroplą elektrolitu (czyli tlenowym ogniwie stężeniowym).
Przebieg i analiza: Na oczyszczoną blaszkę żelazną naniosłem kroplę odczynnika (roztwór ze 100cm3 NaCl o C = 0,1 M z 2cm3 K3[Fe(CN) 6] o C = 1% z 0,5 cm3 fenoloftaleiny).
Korozja kroplowa jako efekt wytworzenia ogniwa powstającego w wyniku niejednakowego napowietrzenia kropli roztworu chlorku sodu. Obszar katodowy i anodowy uwidoczniono za pomocą indykatora ferroksylowego (K3Fe(CN) 6 + fewnoloftaleina).
różowy
niebieski
zielono-żółto
-brunatny
Na obrzeżach kropli jest więcej tlenu, zachodzi tu jego redukcja katodowa stąd zabarwienie różowe.
W strefie pośredniej na skutek dyfuzji spotykają się jon żelaza (II) z jonami hydroksylonymi i wydziela się Fe(OH)2 , utlenia się on natychmiast w warunkach tlenowych (dostęp do tlenu) do brunatnego Fe(OH)3 który łatwo przechodzi w końcowe produkty korozji. W środkowej części powierzchni jest mniejsze stężenie tlenu a więc tworzy się tu obszar anodowy (zabarwienie nibieskie)
W wyniku nierównomiernego dopływu powietrza do różnych miejsc powierzchni metalu pokrytego kroplą odczynnika powstają tlenowe ogniwa stężeniowe, powodujące korozję elektrochemiczną.
Korozja zachodzi w środkowej części powierzchni, gdzie jest najmniej tlenu i tam tworzy się obszar anodowy. Zaszła reakcja utleniania:
Anoda: (Fe) Fe Fe2+ + 2e
...
amid4maru18191