Схема гальванического элемента медь серебро

Уравнения процессов электрохимической коррозии меди в контакте с серебром в кислой среде

8.2 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Причиной электрохимической коррозии * является возникновение на поверхности металла короткозамкнутых гальванических элементов *.

В тонком слое влаги, обычно покрывающем металл, растворяются кислород, углекислый, сернистый и другие газы, присутствующие в атмосферном воздухе. Это создает условия соприкосновения металла с электролитом *. Различные участки поверхности любого металла обладают разными потенциалами. Причинами этого могут быть наличие примесей в металле, различная обработка отдельных его участков, неодинаковые условия (окружающая среда), в которых находятся различные участки поверхности металла. При этом участки поверхности металла с более электроотрицательным потенциалом становятся анодами и растворяются.

Электрохимическая коррозия может развиваться в результате контакта различных металлов. В этом случае будет возникать не микр о- , а макрогальванопара , и коррозия называется контактной (см. детальную классификацию видов коррозии). Сочетания металлов, сильно отличающихся значениями электродных потенциалов *, в технике недопустимы (например, алюминий – медь). В случае коррозии, возникающей при контакте какого-либо металла со сплавом, последний имеет потенциал, соответствующий наиболее активному металлу, входящему в состав сплава. Например, при контакте латуни (сплав цинка и меди) с железом корродировать будет латунь за счет наличия в ней цинка.

Гальванические элементы

Представим схематично работу короткозамкнутого гальванического элемента, возникающего на поверхности металла, подверженного коррозии в электролите * (рисунок 8.1). Анодный участок имеет более электроотрицательный потенциал, поэтому на нем идет процесс окисления металла. Образовавшиеся в процессе окислен ия ио ны переходят в электролит, а часть освободившихся при этом электронов может перемещаться к катодному участку (на рисунке 8.1 показано стрелками). Процесс коррозии будет продолжаться в том случае, если электроны, перешедшие на катодный участок, будут с него удаляться. Иначе произойдет поляризация электродов *, и работа коррозионного гальванического элемента прекратится.

Рисунок 8.1 – Схема электрохимической коррозии. Д – деполяризатор

Процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией. Вещества, при участии которых осуществляется деполяризация, называются деполяризаторами. На практике чаще всего приходится встречаться с двумя типами деполяризации: водородной и кислородной. Тип деполяризации (катодный процесс) зависит от реакции среды раствора электролита.

В кислой среде электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией. Рассмотрим коррозию железной пластинки с примесями меди во влажной хлористоводородной атмосфере Имеется в виду атмосфера с примесью газообразного HCl. . В этом случае железо будет анодом ( E ° = –0,44В), а медь – катодом ( E ° =+0,34В). На анодном участке будет происходить процесс окисления железа, а на катодном – процесс деполяризац ии ио нами водорода, которые присутствуют в электролите:

Задачи на гальванический элемент. Продукты в ОВР. Ч.5-4.

А: Fe – 2e → Fe 2+ – окисление

К: 2 H + + 2e → H2 ↑ – восстановление

Схема возникающего короткозамкнутого гальванического элемента выглядит следующим образом:

A (–) Fe | HCl | Cu (+) К

В нейтральной среде коррозия протекает с кислородной деполяризацией, т.е. роль деполяризатора выполняет кислород, растворенный в воде. Этот вид коррозии наиболее широко распространен в природе: он наблюдается при коррозии металлов в воде, почве и в незагрязненной промышленными газами атмосфере. Если коррозии во влажном воздухе подвергается железо с примесями меди, то электродные процессы можно записать в виде:

(А) Fe – 2e → Fe 2+ – окисление

(К) 2 H2O + O2 + 4e → 4 OH – – восстановление

У поверхности металла в электролите протекают следующие реакции:

Fe 2+ + 2 OH – → Fe( OH)2

Основная масса черных металлов разрушается вследствие процесса ржавления, в основе которого лежат вышеуказанные реакции.

Коррозия металла в результате неравномерного доступа кислорода . Случаи электрохимической коррозии, возникающей вследствие неравномерной аэрации кислородом различных участков металла, очень часто встречаются в промышленности и в подземных сооружениях. Примером может служить коррозия стальной сваи, закопанной в речное дно (рис 8.2).

Рисунок 8.2 – Коррозия в результате неравномерного доступа кислорода. Б – техническое сооружение; А – анодный участок; К – катодный участок.

Часть конструкции, находящаяся в воде, омывается растворенным в ней кислородом и, в случае возникновения условий для электрохимической коррозии, будет выполнять роль катода. Другая же часть конструкции, находящаяся в почве, будет анодом и подвергнется разрушению.

Коррозия меди и ее сплавов: причины и способы решения проблемы

Медь и медные сплавы имеют высокую электро- и теплопроводность, поддаются механической обработке, обладают хорошей стойкостью к коррозии, поэтому активно применяются во многих отраслях промышленности. Но при попадании в определенную среду все-таки проявляется коррозия меди и ее сплавов. Что это такое и как защитить изделия от порчи, рассмотрим в этой статье.

Что такое коррозия

Это разрушение металлов в результате воздействия на них окружающей среды. В странах с хорошо развитой промышленность ущерб от коррозии составляет 4–5% национального дохода. Портятся не только металлы, но и механизмы, и детали, изготовленные из них, что ведет к очень большим затратам.

В результате ржавления трубопроводов зачастую происходит утечка вредных химических веществ, что приводит к загрязнению почвы, воды и воздуха. Все это пагубно сказывается на здоровье людей. Коррозия меди является спонтанным ее разрушением под влиянием отдельных элементов среды обитания человека. Причина порчи металла заключается в неустойчивости его к отдельным веществам, находящимся в воздухе. Скорость коррозии тем больше, чем выше температура.

Свойства меди

Вам будет интересно: «Ямаха» 3 л. с. отзывы: отзывы реальных покупателей, инструкция, плюсы и минусы лодочного мотора

Вам будет интересно: «Мастер Мебель»: отзывы покупателей о качестве и разнообразии продукции

Медь – это самый первый металл, который стал использовать человек. Она золотистого цвета, а на воздухе покрывается оксидной пленкой и приобретает красно-желтый цвет, что отличает ее от других металлов, имеющих серый оттенок. Она очень пластична, обладает высокой теплопроводностью, считается отличным проводником, уступая только серебру. В слабой соляной кислоте, пресной и морской воде коррозия меди незначительная.

На открытом воздухе происходит окисление металла с образованием оксидной пленки, защищающей металл. Со временем она темнеет и становится коричневого цвета. Слой, покрывающий медь, называют патиной. Он изменяет свой цвет от коричневатого оттенка до зеленого и даже черного.

Электрохимическая коррозия

Это самый распространенный вид разрушения металлических изделий. Электрохимическая коррозия разрушает детали машин, различные конструкции, находящиеся в земле, воде, атмосфере, смазочно-охлаждающих жидкостях. Это повреждение поверхности металлов под воздействием электрического тока, когда при химической реакции происходит отдача и перенос электронов с катодов на аноды. Способствует этому неоднородная химическая структура металлов. При контакте меди с железом в электролите возникает гальванический элемент, где железо становится анодом, а медь – катодом, потому что железо в ряду напряжений по таблице Менделеева стоит левее меди и обладает большей активностью.

В паре железа с медью коррозия железа наступает быстрее, чем меди. Это происходит потому, что при разрушении железа электроны от него переходят к меди, которая остается защищенной до тех пор, пока полностью не разрушится весь слой железа. Этим свойством часто пользуются для защиты деталей и механизмов.

Влияние примесей на порчу металлов

Известно, что металлы в чистом виде практически не подвергаются коррозии. Но на практике все материалы содержат какое-то количество примесей. Как же влияют они на сохранность при эксплуатации изделий? Допустим, что имеется деталь, изготовленная из двух металлов. Рассмотрим, как происходит коррозия меди с алюминием.

При нахождении на воздухе ее поверхность покрывается тончайшей пленкой из воды. Надо заметить, что вода разлагается на ионы водорода и гидроксид-ионы, а углекислый газ, растворенный в воде, образует угольную кислоту. Получается, что медь и алюминий, погруженные в раствор, создают гальванический элемент. Причем алюминий – анод, медь – катод (алюминий в ряду напряжений стоит левее меди).

Ионы алюминия попадают в раствор, а к меди переходят избыточные электроны, разряжая у ее поверхности ионы водорода. Ионы алюминия и гидроксид-тоны соединяются и откладываются на поверхности алюминия в виде белого вещества, вызывая коррозию.

Коррозия меди в кислых средах

Медь проявляет хорошую устойчивость к коррозии в любых условиях, так как нечасто вытесняет водород, потому что она в электрохимическом ряду напряжений стоит около благородных металлов. Широкое использование меди в химической промышленности вызвано ее стойкостью ко многим агрессивным органическим средам:

• нитратам и сульфидам;
• фенольным смолам;
• уксусной, молочной, лимонной и щавелевой кислоте;
• гидроокиси калия и натрия;
• слабым растворам серной и соляной кислоты.

С другой стороны, отмечается сильное разрушение меди в:

• кислых растворах солей хрома;
• минеральных кислотах — хлорной и азотной, причем коррозия усиливается с увеличением концентрации.
• концентрированной серной кислоте, усиливаясь при повышении температуры;
• гидроокиси аммония;
• окисляющих солях.

Методы предохранения металла

Практически все металлы в газообразной или жидкой среде подвергаются поверхностному разрушению. Основным способом защиты меди от коррозии является нанесение на поверхность изделий защитного слоя, состоящего из:

• Металла – на медную поверхность изделия наносится слой металла, который более устойчив к коррозии. Например, в качестве него используют латунь, цинк, хром и никель. В этом случае контакт с окружающей средой и окисление будет происходить с металлом, используемым для покрытия. Если защитный слой частично портится, то происходит разрушение основного металла – меди.
• Неметаллических веществ – это неорганические покрытия, состоящие из стекловидной массы, цементного раствора, или органические – краски, лаки, битум.
• Химических пленок – защиту образуют химическим способом, создавая на поверхности металла соединения, надежно предохраняющие медь от коррозии. Для этого используют оксидные, фосфатные пленки или насыщают поверхность сплавов азотом, органическими веществами либо обрабатывают углеродом, соединения которого надежно сохраняют ее.

Кроме этого, в состав медных сплавов вводят легирующий компонент, который усиливает антикоррозийные свойства, или изменяют состав окружающей среды, удаляя из нее примеси и вводя ингибиторы, замедляющие протекание реакции.

Заключение

Медь не является химически активным элементом, из-за этого ее разрушение происходит очень медленно практически в любой среде. Поэтому она широко используется во многих отраслях народного хозяйства. Например, металл очень стойко ведет себя в чистой пресной и морской воде. Но при увеличении содержания кислорода или ускорении тока воды устойчивость к коррозии падает.

Как происходит коррозия луженой меди в нейтральном и кислом растворе (раствор HCL).

Какой металл является катодом, какой анодом. Составить электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии (Cu2+/Cu)=+0.34B, (Sn2+/Sn)=-0.14B

При электрохимической коррозии на аноде происходит окисление (разрушение) металла, а на катоде – восстановление ионов водорода.
Me(0) – ne → Me(n+)
2Н (+) + 2е → Н2↑( pH Eo(Sn2+/Sn), то олово в данной гальванической паре будет анодом, а медь — катодом. Следовательно, в данной гальванической олово будет разрушаться (корродировать) , а на поверхности меди будет происходить восстановление ионов водорода.

КИСЛАЯ СРЕДА
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Sn(0) — 2е → Sn(2+) │1 — процесс окисления на аноде
2Н (+) + 2е → Н2↑ │1 — процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию в кислой среде.
Sn(0) + 2Н (+) → Sn(2+) + Н2↑
Уравнение электрохимической коррозии в кислой среде в молекулярной форме.
Sn + 2HCl = SnCl2 + Н2↑
Таким образом, продуктами коррозии являются хлорид олова SnCl2 и водород Н2.
Стандартная ЭДС гальванической пары в кислой среде
ЭДСо = Ео (катода) – Ео (анода) = Ео (2Н (+)/Н2) – Eo(Sn2+/Sn) = 0 – (– 1,14) = 1,14 B

НЕЙТРАЛЬНАЯ СРЕДА
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Sn(0) — 2е → Sn(2+) │1 — процесс окисления на аноде
2Н2О + 2е = Н2↑ + 2ОН (-)│1 — процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию в нейтральной среде.
Sn(0) + 2Н2О → Sn(2+) + Н2↑ + 2ОН (-)
Уравнение электрохимической коррозии в нейтральной среде в молекулярной форме.
Sn + 2H2О = Sn(ОН) 2↓ + Н2↑
Таким образом, продуктами коррозии являются гидроксид олова Sn(ОН) 2 и водород Н2.
Стандартная ЭДС гальванической пары в нейтральной среде
ЭДСо = Ео (катода) – Ео (анода) = Ео (2Н2О/Н2) – Eo(Sn2+/Sn) = – 0,83 – (– 1,14) = 0,31 B

Источник: all-equa.ru

Составьте схему медь-серебряного гальванического элемента. Рассмотрите его работу: — укажите направление электрического тока и ионов — напишите уравнение электродных процессов — вычислите ЭДС, если [Сu2+] = 0,01 моль/л [Ag+] = 0,1 моль/л. Изменится ли ЭДС, если концентрацию солей меди и серебра уменьшить в 10 раз? Подтвердите расчетом.

Составьте схему медь-серебряного гальванического элемента. Рассмотрите его работу: — укажите направление электрического тока и ионов — напишите уравнение электродных процессов — вычислите ЭДС, если [Сu2+] = 0,01 моль/л [Ag+] = 0,1 моль/л. Изменится ли ЭДС, если концентрацию солей меди и серебра уменьшить в 10 раз? Подтвердите расчетом.

Библиотека Ирины Эланс, основана как общедоступная библиотека в интернете. Онлайн-библиотеке академических ресурсов от Ирины Эланс доверяют студенты со всей России.

Библиотека Ирины Эланс

Полное или частичное копирование материалов разрешается только с указанием активной ссылки на сайт:

Ирина Эланс открыла библиотеку в 2007 году.

Источник: student-files.ru

Составление схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь служила бы катодом, а в другом — анодом

Составить схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь служила бы катодом, а в другом — анодом. Написать уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов, и вычислить значения стандартных Э. Д.С.

Решение:
а) Гальванический элемент, в котором медь служит катодом.
Схема гальванического элемента:

Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки – границу раздела двух жидких фаз – пористую перегородку (или соедини-тельную трубку, обычно, заполненную раствором электролита). Железо имеет меньший потенциал (-0,44В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Медь, потенциал которой +0,34 В, — катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

E1 = Cu — Fe;
E1 = -44 — (+33) = -0,78B.

б) Гальванический элемент, в котором медь служит катодом.

Схема гальванического элемента:

Медь имеет меньший потенциал (+0,34В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Ртуть, потенциал которой +0,86В, — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Рассчитаем ЭДС данного элемента:

E2 = Hg — Cu;
E2 + +o,86 — (+0,34) = 0,52B.

Задача 651.
В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи следующих гальванических элементов:

если все растворы электролитов одномолярные? Какой металл будет растворяться в каждом из этих случаев?
Решение:
а)

Поскольку потенциал магния меньше потенциала свинца, то магниевый электрод будет служить отрицательным полюсом (электродом) и электроны будут перемещаться во внешней цепи от магниевого электрода к свинцовому электроду. Следовательно, магний в данном случае будет растворяться.
б)

Поскольку потенциал свинца меньше потенциала меди, то свинцовый электрод будет служить отрицательным полюсом (электродом) и электроны будут перемещаться во внешней цепи от свинцового электрода к медному электроду. Следовательно, свинец в данном элементе будет растворяться.
в)

Поскольку потенциал меди меньше потенциала серебра, то медный электрод будет служить отрицательным полюсом (электродом) и электроны будут перемещаться во внешней цепи от медного электрода к серебряному электроду. Следовательно, медь в данном элементе будет растворяться.

Ответ: а) от Mg к Pb; б) от Pb к Cu; в) от Cu к Ag.

Источник: onlearning.ru