В процессе водоподготовки и очистки самые различные материалы постоянно контактируют с водой. Это – материалы, применяемые для строительства гидротехнических сооружений и сооружений водопровода и канализации. Материалы трубопроводов, транспортирующих воду различного состава, материалы машин и механизмов, охлаждаемых водой и т.д. В практике водоснабжения и канализации широко применяются чугун, сталь и железобетон. Активное воздействие воды на эти материалы проявляется в коррозии металлов.
Коррозией называется процесс разрушения поверхности металла в результате химического или электрохимического воздействия на нее окружающей среды.
Химически чистая вода – очень слабый электролит. Электропроводность природных и сточных вод значительно выше, т.к. они содержат достаточно много разнообразных солей, диссоциирующих в воде на ионы.
Электропроводность металлов объясняется наличием в кристаллической структуре свободных или очень подвижных электронов. При контакте металлической поверхности с водой заряженные частицы металла (катионы) могут переходить в раствор, а электроны остаются в металле. В результате водный слой, контактирующий с металлом, приобретает положительный заря, а оставшиеся в металле некомпенсированными электроны сообщают ему отрицательный заряд.
Ржавеет ли железо в воде?
Поскольку и металл и электролит являются сложными системами, содержащими электрические заряды, на границе (металл –раствор) возникает скачок электрического потенциала, который называют электродным потенциалом. Электрохимическая неоднородность границы (металл –электролит) приводит к тому, что электродный потенциал, возникающий на отдельных участках, оказывается различным. Это различие в электродных потенциалах на некоторых участках границы (металл –электролит) приводит к возникновению электрохимических пар (анодных и катодных участков), между которыми протекает коррозионный ток.
Электрохимическая коррозия протекает как два достаточно самостоятельных процесса:
- анодный процесс, состоящий в переходе ионов металла в раствор; для железа он может быть представлен след. образом: [Fe 2+ + 2e — ] → Fe 2+ + [ 2e — ]
- катодный процесс, заключающийся во взаимодействии избыточных электронов металла с каким-либо атомом или ионом, способным восстанавливаться; основными реакциями на катоде являются восстановление протона до газообразного водорода:
- углекислое равновесие и концентрация растворенного кислорода;
- концентрация солей в воде;
- присутствие в воде микроорганизмов.
Источник: studfile.net
Почему металл ржавеет в воде
Оксид железа, красновато-коричневое соединение, обычно называют ржавчиной. Он образуется, когда железо и кислород вступают в реакцию в воде или в воздухе в воздухе. Реакция железа и хлорида под водой также называется ржавчиной. Некоторые факторы ускоряют процесс коррозии, например, соль в воде.
Коррозия металла. Химия – Просто
Как металл ржавеет
Не все металлы ржавеют. Например, алюминий не ржавеет, потому что на его поверхности имеется защитный слой из оксида алюминия. Это предотвращает прямой контакт металла с водой (или влагой в воздухе) и кислородом. С другой стороны, железо ржавеет, потому что оно образует гидратированный оксид железа, когда вступает в контакт с водой (или влагой в воздухе) и кислородом.
Ржавчина не может происходить без воды и кислорода. Вода помогает железу реагировать с кислородом, разрушая молекулу кислорода. На начальных стадиях ржавления железо теряет электроны, а кислород — электроны. Ионы железа и трехвалентного железа затем реагируют с водой с образованием гидроксида железа, гидроксида железа и водорода.
Гидроксиды теряют воду, образуя еще больше соединений железа. Сумма всех этих химических реакций приводит к образованию чешуек ржавчины, в результате чего она падает с железа и подвергается воздействию нового железа, которое затем может начать ржаветь.
Соленая вода против пресной воды
Ток протекает в соленой воде легче, чем в пресной. Это связано с тем, что соленая вода, раствор электролита, содержит больше растворенных ионов, чем пресная вода, а это означает, что электроны могут двигаться легче. Поскольку коррозия связана с движением электронов, железо быстрее ржавеет в соленой воде, чем в пресной. Некоторые металлические предметы, которые проводят много времени в соленой воде, такие как лодочные моторы, быстро ржавеют. Тем не менее, объекты не должны быть полностью погружены в соленую воду, чтобы это произошло, потому что повышенная влажность воздуха и солевого тумана может обеспечить катион электролита (положительные ионы) и анионы (отрицательные ионы).
Предотвращение ржавления металла
Покрытие железом защитного слоя цинка препятствует его коррозии, потому что цинк останавливает реакцию между железом и кислородом и водой. Это известно как гальванизация. Специально изготовленная краска также может предотвратить образование ржавчины в соленой воде или соленом воздухе.
Источник: www.winstein.org
1. Коррозия металлов и её виды
Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа и его сплавов (стали и чугуна), поверхность которых постепенно покрывается ржавчиной .
Рис. (1). Ржавчина
Процесс ржавления железа во влажном воздухе или в воде можно выразить уравнением:
4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Fe ( OH ) 3 .
Состав ржавчины переменный, часто его записывают так: Fe 2 O 3 ⋅ nH 2 O .
Другим примером коррозии может служить образование патины (зелёного налёта) на поверхности предметов, изготовленных из меди или её сплавов (бронзы, латуни и др.).
Рис. (2). Патина
Медь реагирует с водой, кислородом и углекислым газом. При этом образуется основной карбонат:
2 Cu + CO 2 + O 2 + H 2 O = ( CuOH ) 2 CO 3 .
У металлов разная устойчивость к действию окружающей среды. Наиболее подвержены коррозии щелочные и щёлочноземельные металлы (натрий, калий, кальций и т. д.). На воздухе эти металлы очень быстро превращаются в соединения, поэтому хранятся под слоем керосина. Практически не подвергаются коррозии платина и золото.
Скорость коррозии зависит от состава металла или сплава, от состава среды и от температуры. Повышение температуры ускоряет коррозию так же, как и все химические реакции.
Коррозия ускоряется, если металл неоднородный или соприкасается с менее активным металлом. Коррозия замедляется, если металл содержит легирующие добавки и контактирует с более активным металлом. Замедляет коррозию также введение в среду ингибиторов.
Коррозия может происходить при контакте металла с сухими газами (кислородом, галогенами, сернистым газом, углекислым газом) или растворами неэлектролитов. Такую коррозию называют химической . Коррозию могут вызывать также растворы электролитов. В этом случае говорят об электрохимической коррозии.
Химическая коррозия
При химической коррозии поверхность металла контактирует с молекулами вещества-окислителя и происходит окислительно-восстановительная реакция.
Наиболее распространена химическая коррозия с участием кислорода воздуха, приводящая к образованию оксидов:
xMe + 0,5 y O 2 → Me x O y .
При контакте металла с воздухом его поверхность покрывается слоем оксида. В некоторых случаях происходит пассивация металла — образуется сплошная оксидная плёнка, которая выполняет защитную функцию. Сквозь неё молекулы кислорода больше не проникают к поверхности металла, и дальнейшее окисление не может происходить. Такие плёнки возникают на поверхности алюминия, никеля, цинка, хрома, титана и других металлов. Эти металлы устойчивы к коррозии.
Рис. (3). Пассивация поверхности хрома
С другими металлами дела обстоят иначе. Их оксидная плёнка рыхлая, и она не защищает поверхность от дальнейшего разрушения. Например, если кусок кальция оставить на воздухе, то его поверхность быстро покрывается белым налётом продуктов коррозии.
Химическая коррозия происходит в химических реакторах, в трубопроводах, двигателях внутреннего сгорания, при термической обработке металлов, т. е. там, где металл соприкасается с агрессивными веществами. Примеры химической коррозии:
Источник: www.yaklass.ru