Кинетическая теория коррозии

Рассмотрим схематически семейство поляризационных кривых, включающих растворение металла и восстановление окислителя (рис. 15.1).

Рис. 15.1 Схема образования потенциала саморастворения.

Пусть кривая 1 - это поляризационная кривая для системы металл - ионы металла; -это равновесный потенциал для этой реакции. Кривая 2 – это поляризационная кривая для реакции разряда - ионизации водорода:

-это равновесный потенциал для этой реакции.

Очевидно, что обязательно должен существовать некий потенциал , при котором по абсолютной величине плотность катодного тока будет равна плотности анодного тока:

(15.1)

т.е. катодный ток (плотность тока) восстановления водорода будет равен анодному току (плотности тока) растворения металла.

Потенциал, при котором достигается условие (15.1) носит название стационарного потенциала. Величины и можно рассматривать как плотности тока обмена. Существенная разница заключается в том, что плотность тока обмена является скоростью процессов одной реакции, протекающей в разных направлениях, т.е. в катодном направлении и в анодном направлении, а в данном случае рассматриваемая плотность тока является плотностью тока двух различных реакций окисления и восстановления.

Если в качестве реакции 1 использовать, например, реакцию растворения цинка, а в качестве реакции 2 - реакцию выделения водорода, тогда суммируя реакции (15.д) и (15.е) получим (15.ж), которая представляет собой реакцию растворения цинка в кислоте с выделением водорода.

(15.д)

(15.е)

(15.ж)

Реакция (15.ж) является химической, а реакции (15.д) и (15.е) - электрохимические. Таким образом, видно, что химическая реакция саморастворения цинка в кислоте является суммой сопряжённых реакций растворения металла (15.д) (протекает в прямом направлении) и восстановления (15.е) (в обратном направлении). В общем случае число сопряжённых процессов может быть очень большим и при стационарном потенциале:

, (15.2)

то есть сумма скоростей всех анодных реакций равна сумме скоростей всех катодных реакций. Между стационарным потенциалом и равновесным имеется существенная разница.

1. Равновесный потенциал отвечает равенству скоростей окисления и восстановления одного и того же вещества (например: железа, цинка, меди и т.д.), а стационарный потенциал равенству суммарных скоростей катодных и анодных реакций различных систем.
2. При равновесном потенциале состав фаз постоянен, при стационарном потенциале химический состав изменяется, поэтому стационарный потенциал может изменяться во времени, т.е., по существу, стационарным не является, более правильное его название – потенциал обесточенного электрода.
3. Равновесный потенциал не зависит от состояния поверхности и является табличной величиной. Стационарный потенциал зависит от многих факторов, в том числе и от состояния поверхности, поэтому он очень трудно воспроизводится.

Другое название - потенциал коррозии, а - ток (плотность тока) коррозии. Как уже указывалось, коррозия - процесс взаимодействия металла с элементами окружающей среды. Согласно кинетической теории коррозии скорость коррозии определяется плотностью тока анодного растворения металла в реакции, сопряжённой реакции катодного восстановления окислителя.

Определить скорость коррозии можно по коррозионной диаграмме, на которой представлены поляризационные кривые растворения метала и восстановления окислителя.

Рис. 15.2 Коррозионная диаграмма.

Рассмотрим коррозионную диаграмму, включающую растворение металла и выделение газообразного водорода (рис. 15.2). Совершенно очевидно, что в точке, которую обозначим , будет достигнуто равенство скоростей анодного растворения металла и восстановления окислителя (в данном случае водорода). Таким образом, приравняв эти две скорости друг к другу, а также зная зависимость плотности тока анодного растворения металла и зависимость плотности тока катодного восстановления окислителя от потенциала, можно определить скорость коррозии. Она определяет скорость растворения металла. Кинетическая теория коррозии, в основе которой лежит постулат (доказанный экспериментально) о том, что коррозия представляет собой сопряжённый процесс электрохимического растворения металла и катодного восстановления окислителя, позволяет рассчитывать скорость и потенциал коррозии, и следовательно, управлять этими процессами.

Дата добавления: 2014-01-13