KZMpredavanje_3 Elektrohemijska Korozija

7/24/2019 KZMpredavanje_3 Elektrohemijska Korozija

1/41

Elektrokemijska korozija

Predavanje 3


2/41

PONOVIMO!

Atomi i ioni.Atom je sastavljen od jezgre sa elektronomili elektronima u putanji oko nje. Jezgra je sastavljena

od protona i neutrona. Proton ima pozitivan elektrikinaboj a neutoni su nenabijeni kao to to nji"ovo imepokazuje. #lektroni su negativno nabijeni. $od atomabroj protona je jednak broju elektrona i kao posljedi%aelektrini naboj &e biti nula ili drugim rijeima atom

&e biti elektriki uravnote'en. Ako atom dobije iliizgubi jedan elektron ili elektrone nastat &e viakpozitivnog ili negativnog elektrinog naboja ( nastajeion.

Vodikov ion je atom vodika koji je izgubio svoj elektron ioznaava se kao )* pokazuju&i viak pozitivnogelektrinog naboja. Ion "idroksida se sastoji od kisika ivodika koji je dobio jedan elektron i pie se kao O)+pokazuju&i viak negativnog elektrinog naboja.


3/41

pH vrijednosti.Voda sadr'i ione vodika i "idroksida irelativna kon%etra%ija ovi" iona je va'na. ,ezultatkon%etra%ije iona vodika i vodikovog oksida u vodi

kod - stupnjeva /elzijusovi" mora uvijek bitijednaka 01+02 gram ion po litri otopine. Voda jekisela ako je kon%etra%ija iona vodika ve&a odkon%etra%ije "idroksida 3p) je od 0 do 45. Ako suspomenute kon%etra%ije jednake voda je neutralna

3p)645. $ada je kon%etra%ija iona vodikova oksidave&a od vodikove voda je lu'inata 3p) je od 4 do025.. p) vrijednost u podruju od 1 do 02 t.j. od vrlokisele pa do vrlo lu'inate. Ako se temperatura vode

pove&ava kon%etra%ija iona vodika se pove&ava iimamo pove&anje kiselosti odnosno opadanjelu'natosti. $od elektrokemijske korozije metala p)vrijednost je va'na za odre7ivanje stupnja korozije.


4/41


5/41

Elektrokemijska korozijajavlja se na metalima ileguramau dodiru s elektrolitimakao to su vodai vodene otopine kiselina lu'ina i soli pri emu seodvijaju reakcije oksidacijei redukcije.#lektrokemijska korozija je vrlo rairena jer je velikibroj metalni" predmeta strojeva i postrojenjeizlo'eno vodi ili vodenim otopinama vla'nome zraku

ili vla'noj atmos8eri koj djeluju kao elektrolit.

Oksidacijaje reak%ija kojom neka tvar ili skupinatvari 3redu%ens5 osloba7a elektrone pri emunastaje druga tvar ili skupina tvari.

Redukcijaje reak%ija kojom neka tvar ili skupina tvari3oksidans5 ve'e elektrone pri emu nastaje drugatvar ili skupina tvari.


6/41

Pro%esi koji prate elektrokemijsku koroziju su9

anodni procesi katodni proces.

Podruje gubitka elektrona (oksidacije)naziva seanoda a podruje dobitka elektrona (redukcije)naziva se katoda.

Anodni proces3oksidacija ili ionizacija metala5 je pro%espri kojem element otputa elektrone i postaje pozitivnonabijeni ion + kation. $od anodnog pro%esa jednostavnose stvaraju metalni kationi katodni" pro%esa ima

vie.

Katodni proces3redukcija5je pro%es pri kojem elementprima otputene elektrone iz anodne reak%ije i postajtenegativno nabijen ion + anion ili neutralan element3vodikova ili kisikova depolariza%ija5.


7/41

Ova dva parcijalna elektrokemijska procesadajusumarni kemijski redoks procesu kojem ne sudjelujuslobodni elektrini naboji to znai da se redukcijom

veu svi elektroni osloboeni oksidacijom.

:roj elektrona koji se oslobaa u anodnoj reakcijimora biti jednak broju elektrona koji se troe ukatodnoj reakciji odnosno anodna struja mora biti

jednaka katodnoj struji.

,eak%ije se moraju odvijati istovremeno da bi anodnareak%ija stvorila koroziju. ; protivnom reakcijepostaju reverzibilnei uspostavlja se ravnotea.


8/41

:rzinom korozije upravljaju katodne i anodnereak%ije. Prijenos elektrona u ovakvim

reak%ijama je struja korozije. $ako struja protieanodni i katodni poten%ijali s pomiu iz svoji"ravnote'ni" ili povratni" vrijednosti i pribli'avajuse jedan drugome. Ovaj se pro%es naziva

polarizacija.


9/41


10/41

!odikova depolizacijaje osnovni katodni pro%es prikoroziji metala u kiselim otopinama bez jakogoksida%ijskog djelovanja. $od ove katode reak%ije

depolarizira se lokalna katoda koju su elektroni sanode katodno polarizirali. Pro%es korozije odvija seovako9

- )* * -e+ = -)

-) = )- >

#lektroni koji dolaze na lokalnu katodu privlaesuprotno nabijene vodikove ione i spajaju se uvodikove atome koji se dalje ve'u u molekulu

vodika i izlaze iz otopine u obliku mje"uri&a. ;slabo kiseloj neutralnoj ili slabo lu'natoj sredini nemo'e do&i do trajne vodikove depolariza%ije jer jekon%entra%ija vodikovi" iona preniska.


11/41

Kisikova depolarizacijanaje&e dolazi zato toelektroliti sadr'e u ve&oj ili manjoj mjeri otopljenkisik jer se nalaze u kontaktu s atmos8erom.

$isikova depolariza%ija nastupa kod najva'niji"te"niki" metala 3'eljezo %ink i olovo5 uneutralnim slabo kiselim i slabo alkalnimotporima tj. u kontaktu s prirodnim vodamagdje se vodik ne mo'e odstraniti jer agresivnateku&ina nije dovoljno kisela.


12/41

Elektrokemijska korozijanastaje9

0. stvaranjem mikro"elemenatakada je jedanmetal uronjen u elektrolitzbog lokalnerazlika potencijala na povrini istog metala.Odnosno isti metal mo'e biti i anoda i katoda.?o otapanja metala na anodnim mjestima i

izluivanja sastojaka vode na katodnim3molekula vodika ili kisika5 dolazi zbog toga tote#ni$ki metali nisu potpuno $isti ve&predstavljaju legure pa je nji"ova povrinaelektrokemijski ne"omogena.

-. stvaranjem galvanskog $lankaizme7u dvametala i elektrolita.


13/41

0. @tvaranje mikroelementa 3isti metal predstavlja ianodu i katodu5


14/41

;zrok korozije je neravnomjerna aeracija3razliitekon%entra%ije otopljenog kisika5. %rzina korozije

je ve&au podruju manje koncentracije kisika

zbog odsustva sloja produkata korozije koji imajuuinak korozijski zatitnog sloja. ; odsutnostiovog uinka korozija bi bila najbr'a u podrujunajve&e kon%entra%ije kisika.


15/41

Kemijska jednadba anodne reakcije za eljezo9e = e-** -e+

Ako pri tome u vodi ima otopljenog kisika kemijskajednad'ba katodne reak%ije je kisikovadepolarizacija9


16/41

Ako je pak dobava kisika vodi ograni$ena kaoto je to u otvorenom ras"ladnom sustavubrodskog motora nastupit &e reak%ija9

koja stvara oksida%ijski produkt 'eljeznogoksi"idrata u obliku zelenog "idratiziranogmagnetita koji se potom raspada u %rni magnetit

koji je esto uzrok zaepljenja %jevovodaras"ladnog sustava brodskog motora.

Ako u vodi nema kisika tada do pro%esa korozije

mo'e do&i samo ako je mogu&e neposrednorazvijati vodik na slijede&i nain 3 uz vodikovudepolariza%iju59

OHOFeOHOOHFe243222

*24)(6 ++

2

22 HFeHFe ++ +


17/41

'okalne strujekoje uzrokuju koroziju mogu samotada te&i ako postoji potencijalna razlika

izmeu plemenitije lokalne katode ineplemenitije lokalne anode.

okretna sila elektrokemijske korozijeje

dierencija ravnoteni# potencijala lokalneanode i katode a naziva se elektromotornomsilomgalvanskog odnosno korozivnog elementa.


18/41

*azlika potencijala+ a time i korozija+mo'e nastati izovi" razloga9B nejednakomjernosti vanjski" i unutarnji" naprezanja i

de8orma%ijeB kristalogra8ske ne"omogenosti metalne povrineB nejednakomjerni" Clmova i prevlaka na metalnoj

povriniB nejednakomjerne pristupanosti kisika koji je otopljen

u elektrolituB utje%aja elektrolita s nejednolinim sastavom

kon%entra%ije brzine protje%anja i temperatureB utje%aj mikroorganizama koji u vodi redu%iraju npr.

sul8ate u sulCdeB nejednolinog osvjetljenja iB lutaju&i" struja na podzemnim i podvodnim

%jevovodima.


19/41

0. @tvaranje galvanskog lanka

Ako se u elektrolit urone dva komada metala

razliitog poten%ijala i izvana pove'u nekimvodiem dobiva se sustav koji je izvor elektrineenergije.


20/41

ormiranje galvanski" &elija je vjerovatno glavniuzrok korozije i one mogu nastati u blizinidestilirane kotlovne vode morske vode ili drugi"elektrolita. Dalvanski elementi mogu se stvarati

u spoju razliiti" metala ili zbog razliitosti napovrini strukture 3u sastavu metala razli&itakon%entra%ija kisika na povrini prisutvo solibakterija uljnji" otpadni" proizvoda u elektrolitu

kada dolazi u kontakt sa metalnom povrinom...5.


21/41

;ronjeni komadi metala se nazivaju elektrode.

*azlika nji#ovi# potencijalastoriti &e napon koji&e proizvesti struju elektrona. Pod pojmompotencijalmisli se na svojstvo metala daotputa elektrone a taj poten%ijal se razlikujeod metala do metala.

$oji &e metal biti anoda a koji katoda ovisi upravoo nji"ovom standardnom elektrodnompoten%ijalu. Aktivniji metal biti &e anoda

(pozitivna elektroda). On &e davati elektrone3oksidirati se5 i njegovi &e ioni izlaziti uotopinu. Anoda je ona koja korodira 3troi se5.


22/41

#lektron s anode vanjskom vezom odlazi do katode(negativna elektroda) nastoje&i uspostaviti

jednakost naboja u sustavu. Na katodi elektroni

se vezuju za pozitivne ione elektrolita(katione)ime dolazi do reduk%ije.

$od elektrolitasu upravo ioninosio%i elektrine

struje 3pozitivne ione nazivamo anioni anegativne kationi5 a ne elektroni kao kodmetala.

Posljedi%a takvog naina provo7enja elektrinestruje su kemijske promjene tvari. @amelektrolit kao cjelina je neutralanjer je brojaniona i kationa u njemu jednak.


23/41

*avnoteni potencijaldolazi na grani%i metala iotopine.

*avnoteni potencijal nekog metalaovisi o9B prirodi materijala

B vrsti elektrodne reak%ije

B temperaturiB kon%entra%iji metalni" iona u otopini i produkata

reak%ije

B te o stanju metalne povrine.

,avnote'ni poten%ijal mo'e se mjeriti samo za $istemetale u otopinama koje sadre nji#ove ione.


24/41

,tandardni elektrodni potencijal

@vaki metal uronjen u elektrolit nastoji se otopiti u oblikuiona koji ima tanden%iju da se ponovo istalo'e na metalu

tj. da se uklope u metalnu reetku. :it korozijskogdjelovanja otopina elektrolita na metale i njegove legureobjanjava se tenjom metala da izdvoje svoje atomeu otopinu pri emu svaki takav atom ostavlja u metalujedan ili vie svoji" elektrona i time se pretvara u

pozitivno nabijeni ion tj. kation prema reak%iji9.

Me E= Men** n e+

gdje je9 Me 6 simbol metala e+ 6 elektron n 6 valen%ija metala3broj elektrona kopje atom metala mo'e dati5

$ada se u jedini%i vremena otopi toliko atoma metala kolikose iona izlui kao metal dolazi do dinami$ke ravnotee.


25/41

,tandardni elektrodni potencijal nekog metalaje poten%ijal 3u voltima5 reak%ije oksida%ije

metala 3nastajanja iona metala5.

,tandardni elektrodni potencijal vodika jeproizvoljno uzet kao nulai s njim seuspore7uju ostali poten%ijali. $ada poredamo

metale po nji"ovim standardnim elektrodnimpoten%ijalima dobijemo naponski niz elementakoji ukazuju na relativne tendencijeelemenata da korodiraju.Aktivni metali kao

natrij i kalij nalaze se na jednom kraju niza aplemeniti metali kao zlato i platina na drugomkraju.


26/41

;koliko na%rtamo dijagramu kojem na ordinatunanesemo elektrodni potencijal a na apcisupH vrijednost otopinekoja je u kontaktu smetalom dobijemo dijagram koji pokazujeravnotene uvjete za sve reakcijekoje semogu razvijti izme7u metala i otopine pri datojtemperaturi.

Na dijagramu poten%ijal+p) je mogu&e odreditiuvjete kod koji" dolazi do korozije+ imuniteta ipasivacijemetala. $od pasivacijemetala dolazi

do nastajanja $vrsti# produkata korozije koji&e zatititi metali blokirati daljnju koroziju.


27/41

Ovi se dijagrami vrlo va'ni i mogu se upotrijebiti zasvrstavanje metala prema nji"ovoj prakti$nojplemenitosti (imunitetu i pasivaciji).Ovaj se

niz prili$no razlikuje od naponskog nizaelemenata.

Ovaj dijagram tako7er prikazuje e-kasnostupotrebe anodne i katodne zatite.arinuti

potencijal3pozitivan ili negativan5 dovoljneja$ine3iznad ili ispod korozivne zone5 mo'eosigurati zatitu. ove&anje potencijala iznadkorozivne zoneje anodna zatita dok je

sniavanje potencijala ispod korozivne zonekatodna zatita.


28/41

/ok i intenzitet procesa elektrokemijske korozije

Osnovni parametri za identiCka%iju toka i intenziteta pro%esakorozije su9

sustav struktura i stanje povrinske obrade nekogmaterijala

temperatura i kon%entra%ija vodikovi" iona i kon%entra%ija kisika u

elektrolitu.

$on%entra%ija vodikovi" iona kao i kisika u elektrolitu sna'noutjeu na intenzitet razvoja pro%esa elektrokemijskekorozije. 0to je ve&a koncentracija kisika ve&a je ibrzina korozije. :rzina korozije naglo raste kad sekiselost pove&ava3pada p)5 do odre7ene mjere 3p)vrijednost PA?N# ispod 5.


29/41


30/41

$od elektrokemijske korozije metala pHvrijednost je vanaza odre7ivanje stupnja

korozije.

$ada je eljezo u kontaktu sa vodom kojesadri ion vodikakao rezultat mo'e se oekivatikorozija. Ion vodika u kontaktu sa povrinommetala postaje atom vodika uzimaju&i elektron odmetala. Posljedino ion metala3atom metalakoji je izgubio elektron5 u kombina%iji sa ionom#idroksida ormira metalni #idroksidkoji je

topljiv u vodi ovisno o pH vrijednosti.


31/41

!odik ion vodika i elektron kovinemogu8ormirati polarizacijski sloj na povrinikovine to &e sprije$iti daljnju koroziju.

Ako je me7utim prisutan kisik otopljen u vodion &e u kombinaciji sa vodikom ormirativodu " ne&e se dogoditi polarizacija i proces

korozije &e se nastaviti.


32/41


33/41


34/41


35/41


36/41

Voda je vrlo dobro oksidativno sredstvo 3sredstvokoje onogu&ava oksida%iju5 jer9


37/41

/ermodinami$ka teorija elektrokemijske korozije

Ve&ina metala postoju u prirodi u vezanom stanju 3uobliku spojeva5. Metalno stanje predstavlja stanjekoje sadr'i visoku energiju. Metal prirodno te'ispajanju s drugim tvarima i da bi se osloba7anjemenergije vratio u stanje ni'e energije. Ovo

smanjivanje slobodne energije je pokretaka silakorozijski" rek%ija.

Promjena slobodne energije odre7uje sposobnost svi"

reak%ija ukljuuju&i reak%ije korozije. Ona jematematiki povezana s nastajanjemelektromotorne sile 3#M@5. #M@ se mo'e izraunatina osnovu promjene slobodne energije ili obratno.


38/41

$ada je korozija elektrokemijska to je naje&i sluajkorozijska reak%ije se mo'e podijeliti na anodni ikatodnidio. @vaki dio obu"va&a oksidacijsko"

redukcijski sustav s vlastitim povratnimpotencijalom.

Anodna reak%ija obu"va&a oksida%iju metala uz stvaranjemetalni" iona i elektrona 3anoda je metal koji korodira5.

Postoji i obrnuta reak%ija reak%ija metalni" iona u atommetala. $ada se obje ove reakcije dogaaju istombrzinomsustav je u ravnotei. Ovi uvjeti ravnote'estvaraju povratni poten%ijal anodne reak%ije. @lino tomepostoji povratni potencijal zakatodnu reakciju.

,azlika ovi" povratni" poten%ijala je elektromotorna silaukupne reak%ije i ona predstavlja pokretaku silu korozije.


39/41

ovratni potencijali anode i katodemogu seizraunati primjenom zakona termodinamike ipredstaviti dijagramima potencijal"pH.


40/41


41/41

Pitanja za ponavljanje

1. Definirajte elektrokemijsku koroziju.2. to je oksidacija, a to redukcija?3. to je katodna, a to anodna reakcija? Objasnite primjerom

!. to je "odiko"a, a to kisiko"a depolarizacija? #ada nastaje "diko"a, a kadakisiko"a depolarizacija? $apiite kemijsku jednad%bu

&. #oji je u"jet od"ijanja elektrokemijske korozije? $a"edite zato je "odadobro oksidati"no sredst"o.

'. #ako dolazi do st"aranja mikro(elemenata ) koje su katodne i anodne rekacije?

*. #ako nastaje +al"anski lanak? #ako mo%emo odrediti koji -e od d"a metalabiti anoda, a koji katoda? to je elektrodni potencijal metala? to je naponskiniz elemenata ili elektrokemijski niz elemenata?

. to nam omo+u-a"a dija+ram potencijal(p/ ) to iz nje+a mo%emo odrediti?0. to je to pasi"acija?1. #ako koncentracija kisika, stanje po"rine, temperatura i p/ "rijednost utjeu

na brzinu korozije?11. #ako o"isi brzina elektrokemijske korozije o jakosti oksidati"no+ sredst"a?12. to je to "odiko"a bolest?

Documents

KZMpredavanje_3 Elektrohemijska Korozija