Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về thế điện cực, phương trình Nernst mô tả thế điện cực, tốc độ ăn mòn, phương trình Faraday,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 6/2016 ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU THẾ ĐIỆN CỰC ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Phương trình Nernst mơ tả điện cực 25oC: 0, 0592 EE logCion n Trong đó: • Cion: nồng độ ion dung dịch (M) • n: điện tích ion • E0: điện cực chuẩn dung dịch 1M (V) ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Giả sử dung dịch 1000g nước chứa 1g Cu2+ 25oC • Biết điện cực chuẩn E0 = 0,34V khối lượng mol đồng M = 63,54g/mol • Tính điện cực đồng ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Ta biết dung dịch 1M Cu2+ thu từ 1mol Cu2+ 1000g H2O • Suy nồng độ dung dịch chứa 1g Cu2+ bằng: CCu 2 0, 0157M 63,54 • Từ phương trình Nernst, với n = 2, E0 = +0,34V, ta có: 0, 0592 EE logCion n 0, 0592 E 0,34 log 0, 0157 0, 29V ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU TỐC ĐỘ ĂN MÒN ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Phương trình Faraday định lượng vật liệu mạ lên cathode bị mòn anode: ItM w nF Trong đó: • w: lượng vật liệu bám vào điện cực (g) • I: dịng điện (A) • M: ngun tử lượng (g/mol) • t: thời gian (s) • n: điện tích ion • F: số Faraday (96500C) ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Phương trình Faraday định lượng vật liệu mạ lên cathode bị mịn anode • Với diện tích bề mặt điện cực A (cm2): • Mật độ dịng điện i = I/A: iAtM w nF ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Cần mạ lớp đồng dày 0,1cm lên bề mặt cathode có diện tích 1cmx1cm • Biết đồng có khối lượng riêng 8,93g/cm3 khối lượng mol 63,54g/mol • Thiết kế q trình (dịng điện, thời gian mạ) ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Diện tích bề mặt cathode cần mạ A = 1cm2 • Với lớp đồng dày 1cm, ta tích đồng: V 1cm 0,1cm 0,1cm3 • Khối lượng đồng: m V 8,93 0,1 0,893g • Từ phương trình Faraday, ta có: wnF It M 0,893 96500 It 2712As 63,54 ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Dịng điện Thời gian 0,1A 1,0A 10,0A 100,0A 27,124s = 7,5h 2,712s = 45,2h 271,2s = 4,5 phút 27,12s = 0,45 phút ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Nhúng sâu 20cm sắt 10cmx10cm dung dịch ăn mịn • Sau tuần, khối lượng sắt giảm 70g • Tính dịng mật độ dịng ăn mịn ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Tổng thời gian q trình ăn mịn: t 24 3600 2, 42 106 s • Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 55,847g/mol, ta có: wnF I tM 70 96500 I 0,1A 2, 42 10 55,847 ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Tổng diện tích sắt bị ăn mịn: A 4mặt bên 10 20 1mặt đáy 10 10 900cm • Mật độ dòng điện: I i A 0,1 i 1,11104 A / cm 900 4x(10x20) 1x(10x10) ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Giả sử pin ăn mịn đồng-kẽm có mật độ dịng điện qua cathode 0,05A/cm2 • Diện tích điện cực đồng kẽm 100cm2 • Biết khối lượng mol kẽm 65,38g/mol • Tính dịng mật độ dịng ăn mịn điện cực kẽm • Tính lượng kẽm ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Dịng ăn mịn: I i Cu A Cu 0, 05 100 5A • Dịng ăn mịn điểm pin • Suy mật độ dòng kẽm: I i Zn 0, 05A / cm A Zn 100 • Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 65,38g/mol, ta có: ItM w nF 3600 65,38 w 6,1g / h 96500 ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Tại anode (ferrite): Fe Fe 2 2e Tại cathode (cementite): O H O 2e 2(OH ) Vi pin (microgalvanic) thép (ferrite anode so với cementite) ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Biên hạt có lượng cao (anode) Các ion Hạt bên có lượng thấp (cathode) “Hãy theo đuổi ưu tú, thành công theo đuổi bạn” .. .ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU THẾ ĐIỆN CỰC ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Phương trình Nernst mơ tả điện cực... 0, 29V ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU TỐC ĐỘ ĂN MÒN ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Phương trình Faraday định lượng vật liệu mạ lên cathode bị mòn anode: ItM w nF Trong đó: • w: lượng vật liệu bám vào điện... 2712As 63,54 ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU Dòng điện Thời gian 0,1A 1,0A 10,0A 100,0A 27,124s = 7,5h 2,712s = 45,2h 271,2s = 4,5 phút 27,12s = 0,45 phút ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU • Nhúng sâu