Giáo trình ăn mòn và bảo vệ kim loại phần 2

BÀI ĂN MỊN ĐIỆN HỐ Mã bài: AMKL Giới thiệu Ăn mòn kim loại làm tổn thất lớn kinh tế, q trình phá hủy kim loại ăn mịn điện hố chủ yếu Ăn mịn điện hố q trình phá hủy kim loại phản ứng oxy hoá — khử dị thể xảy đồng thời bề mặt kim loại theo chế điện hố Vì nghiên cứu nhiều đưa phương pháp thiết bị chống ăn mịn điện hố đem lại hiệu ngày lớn Mục tiêu thực Học xong này, học viên có khả năng: Nắm nguyên nhân gây ăn mịn điện hố kim loại Nắm chế động học trình ăn mịn điện hố Nắm yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mịn điện hố chế ăn mịn điện hố Nắm vững vận dụng biện pháp thực tế chống lại ăn mòn Nắm ăn mòn số kim loại hợp kim thường gặp môi trường khác Thực thí nghiệm ăn mịn điện hố Nội dung Những Vấn đề ăn mòn điện hoá Xét làm việc cuả pin Cu-Zn dung dịch điện ly, ta thấy miếng kẽm anot mịn dần tượng hồ tan 52 Như vay kẽm đóng vai trị anot pin Cu — Zn, đồng đóng vai trị cafot Anot: Zn - 2e = Zn” - - Catot 2H” + 2e Zn*?/Zn = - 0,76v Cu*/ Cu = 0,34v = Hạ Trong thực tế q trình ăn mịn xảy kim loại, nghĩa xảy đồng thời trình anod ' by I = e + 2H" lí Rn catod đưa đến phá huỷ kim loại Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống pin ăn mòn Cu — Zn 1.1 Định nghĩa Ăn mịn điện hố q trình phá hủy kim loại tác dụng điện hố kim loại mơi trường 1.2 Đặc điểm ~ Xuất dòng điện cục — _ Chỉ xảy kim loại tiếp xúc môi trường chat điện ly Trong ăn mịn điện hố có q trình xảy đồng thời q trình oxy hố q trình khử, q trình khơng 53 tiền hành chổ Tốc độ q trình ăn mịn kim loại tổng tốc độ trình ăn mòn nhiều vi pin cục Tốc độ vi pin phụ thuộc chủ yếu vào điện điện cực 1.3 Nguyên nhân — Xuất vùng điện khác bề mặt kim loại dẫn đến hoạt, động vi pin, mà vùng có điện điện cực âm anot (vi anot), vùng có điện điện cực dương catot) - — catot (vi Vai tro vùng thay đổi theo thời gian Xuất vùng điện khác nhau: bề mặt không đồng nhất, điều kiện môi trường không đồng nhát Điện điện cực 2.1 Điện điện cực Q trình ăn mịn kim loại tác dụng điện hoá khả ion kim loại tách khỏi bề mặt kim loại chuyển vào dung dịch Sự chuyển dịch địi hỏi lượng để thắng lực hút của điện tử kim loại Năng lượng lượng hố học q trình hydrat hố Đối với kim loại khác khả ion chúng chuyển vào dung dịch khác Khả đặc trưng độ bền nhiệt động kim loại Khi nhúng kim loại vào chất điện ly xảy tác dụng chất điện ly kim loại, kết giới hạn phân chia pha xuất lớp điện tích kép bước 54 nhảy điện gọi điện điện cực Nguyên nhân xuất sau: Chuyển cation từ bề mặt kim loại vào dung bề mặt kim loại Giữa dich, dư điện tích nên tích điện âm ion kim loại tan vào dung dịch mang điện tích dương bề mặt kim loại mang điện tích âm có lực hút tĩnh điện nên thiết lập hiệu thé, tạo nên lớp điện tích kép Nếu bề mặt kim loại hấp phụ cation dung dịch làm bề mặt kim loại tích điện dương anion dư dung dịch thiết lập hiệu thế, tạo lớp điện tích kép Hấp phụ chọn lọc anion có dung dịch hay phân tử lưỡng cực Do kết hợp nguyên nhân trên, nghĩa có hắp phụ anion, phân tử có cực hay nguyên tử bề mặt kim loại điều kiện cation chuyển từ kim loại vào dung dịch hay dung dịch vào kim loại 2.2 Điện điện cực cân không cân Khi nhúng kim loại vào chất điện ly có khả xuất điện điện cực cân không cân 2.2.1 Điện điện cực cân Là điện xác định trạng thái cân nghĩa kim loại ion trao đổi tốc độ trình anot catot (Ï = Ï), tổn thất kim loại khơng (ăn mịn kim loại khơng xảy ra) Điện điện cực cân kim loại đo tính tốn theo phương trinh nhiệt động: 55 RT (W khu = (Án +E Man (3.1) Trong đó: —_ (V⁄)„„: điện điện cực chuẩn kim loại - —R: số T : nhiệt độ tuyệt đối, °K - F: số Faraday, F = 96943 C n: hoá trị ion kim loại Kim loại Dung dịch Me — Me*"mH,O Me 0do:đó kim loại bị ăn mịn (Ï,> Ï,) Kim loại Dung dịch Hình 3.3: Sơ đồ thiết lập điện điện cực không cân Cơ chế ăn mịn điện hố khả xảy ăn mịn điện hố 3.1 Cơ chế ăn mịn điện hố Xét trường hợp nhúng kim loại không đồng vào dung dịch điện ly Do chênh lệch điện điện cực (bề mặt kim loại khơng đồng nhất) mà q trình điện cực xảy đồng thời vùng khác nhau, chọn vùng không đồng bat kỳ kim loại nằm sát ta thấy xảy trình sau đây: - _ Quá trình anot: q trình oxy hố Trong trường hợp ăn chuyén mòn, ion kim loại từ mạng lưới tinh thé dung dich tao ion hydrat hoa, dé lại điện tử tương ứng Quá trình xảy vùng anot theo phản ứng: Me**.ne —™2_>Me*".mH,O + ne 57 - Qua trinh catot: la trình khử, ion, nguyên tử, phân tử chất điện ly nhận điện tử bề mặt kim loại Các ion, nguyên tử phân tử gọi chát khử cực Quá trình xảy vùng catot theo phản ứng sau: D + ne = [D.ne] Trong : D chất khử phân cực Kim loại Chat điện ly 272 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên tắc q trình ăn mịn điện hố -_ Khi q trình điện cực xảy đồng thời có chuyển động điện tử từ vùng anod đến vùng catot, dung dịch điện ly có dịch chuyển cation anion tương ứng Thí dụ: trình ăn mịn điện hố ngun tố ganvanic Cu — Fe Zn —- Fe theo hình vẽ sau đây: Các điện tử dư kim loại từ vùng anot chuyển vùng catot để bù vào số điện tử vùng bị mắt chát khử cực D phản ứng.Kim loại vùng cực dương tiếp tục tan dịng điện tồn Như q trình ăn mịn kim loại xảy đồng thời với xuất dòng điện vùng khác kim 58 loại Vùng kim loại bị hồ tan đóng vai trị cực âm (anot) cịn vùng đóng vai trị cực dương (catot) Hệ thống gọi ngun tố ganvanic (pin) Q trình ăn mịn điện hố q trình làm việc nguyên tố ganvanic (nguyên tố vi pin) Dung dich điện ty Fe RAR] Dung dich aien ly cu 2e7 QC Fe| Fe| Zn2+ ———> ———» 2e “Ty, Fe2+ Fe2+ Oz + 2H,0 4OH- 9a + Hạo Š Cu OH Zn?* AN MON BIEN HOA GIUA CAC KIM LOẠI Hình 3.5: Ăn mịn điện hố cặp ngun tố kim loại Cu - Fe Zn-Fe 3.2 Khả xảy q trình ăn mịn điện hố Trong q trình ăn mịn điện hố, muốn cho q trình điện cực xảy điều kiện biến thiên lượng tự hệ AG, (do n > 0, F > 0) Từ điều kiện ta tính q trình ăn mịn điện hố có khơng có khả tự xảy Hình 3.6: Sơ đồ ăn mịn pin Cu - Zn Hiện tượng phân cực khử phân cực 4.1 Hiện tượng phân cực Nhúng kim loại khác (ví dụ gồm đồng kẽm) vào dung dịch điện ly (dung dịch NaCl) Đo điện điện cực kim loại hở mạch ta có: 60 - V0: điện đồng (điện cực catot) — V2: điện kẽm (điện cực anot) Khi nối cực dây dẫn có dịng điện chạy từ cực dương sang cực âm Theo định luật ôm, cường độ dịng điện sau đóng mạch: lụ = Ve (3.4) — Và R R: điện trở mạch Sau ly 21 đóng mạch, cường độ dịng điện giảm từ Do điện trở khơng thay đổi, dịng điện bé điện điện cực thay đổi Điện catot Ví giảm xuống Vx Điện anot V2 tăng lên Vụ lạ>l yay - V« — Va R AV, =V2-V,: dai lượng phân cực catot —_AV, =V2—V,: đại lượng phân cực anot Hình 3.7: Biểu đồ đường cong phân cực 61 ... tổn thất kim loại q trình ăn mịn tốc độ ăn mòn 67 Độ tổn thất kim loại bị ăn mòn anod xác định theo định luật Farađay: Aq Am “TF Alt (3.8) nF Trong do: - Am: khối lượng kim loại bị ăn mòn (g)... có cực hay nguyên tử bề mặt kim loại điều kiện cation chuyển từ kim loại vào dung dịch hay dung dịch vào kim loại 2. 2 Điện điện cực cân không cân Khi nhúng kim loại vào chất điện ly có khả xuất... trường chat điện ly Trong ăn mịn điện hố có q trình xảy đồng thời q trình oxy hố q trình khử, q trình khơng 53 tiền hành chổ Tốc độ trình ăn mòn kim loại tổng tốc độ trình ăn mịn nhiều vi pin cục