Podstawy elektrochemii i korozji

Prezentacja na temat: "Podstawy elektrochemii i korozji"— Zapis prezentacji:

1 Podstawy elektrochemii i korozji
wykład dla III roku kierunków chemicznych Wykład V Podstawy elektrochemii i korozji Dr Paweł Krzyczmonik Zakład Elektroanalizy i Elektrochemii Uniwersytet Łódzki marzec 2017

2 Elektrokataliza i inhibicja
Adsorbcja fizyczna i chemisorbcja Adsorbcja fizyczna w małym stopniu zależy od materiału elektrody w dużym stopniu zależy od potencjału elektrody. Chemisorbcja proces w którym między substancją adsorbowaną a podłożem tworzą się wiązania chemiczne, limituje to powstawanie jedynie monowarstw. Chemisorbcja w dużym stopniu zależy od materiału elektrody a w nieznacznym od potencjału elektrody. M + H+(aq) + e ⇄ M-H 2M-H → M·H2 M-H + H+(aq) + e → M·H2 M·H2→ M + H2(g) 2

3 Fc ⇄ Fc+ + e Fc+ + fenol ⇄ Fc + chinon Elektrokataliza i inhibicja
Mediator w roztworze generowany elektrodowo Mediator unieruchomiony w warstwie na elektrodzie Fc ⇄ Fc+ + e Fc+ + fenol ⇄ Fc + chinon 3

4 Zarodkowanie i wzrost warstw

5 Zarodkowanie i wzrost warstw

6 Podstawy elektrochemii i korozji
Podstawy korozji Krzywa polaryzacyjna Diagram Pourbix Korozja i jej rodzaje Typy korozji Polaryzacja aktywacyjna Podstawy elektrochemii i korozji Polaryzacja stężeniowa Polaryzacja oporowa Mechanizmy roztwarzania żelaza Korozja wżerowa i szczelinowa Korozja na skutek występowania prądów błądzących Podstawowe zasady ochrony przed korozją

7 Krzywa prąd-nadpotencjał Krzywa logarytm prądu-nadpotencjał
Krzywa polaryzacyjna Podstawy elektrochemii i korozji Krzywa prąd-nadpotencjał Krzywa logarytm prądu-nadpotencjał

8 Podstawy elektrochemii i korozji
Krzywa polaryzacyjna K AT A P T R Podstawy elektrochemii i korozji ( - ) ( + ) K – wydzielanie wodoru, obszar tefelowski (polaryzacja katodowa) P – zakres pasywacji (polaryzacja anodowa) A – Pik rozpuszczania metalu, AT obszar tafelowski (polaryzacja anodowa) T – zakres transpasywacji (polaryzacja anodowa) R – anodowy rozkład elektrolitu

9 Krzywe polaryzacyjne niklu, miedzi i stali w 2M kwasie siarkowym (VI)
Krzywa polaryzacyjna Podstawy elektrochemii i korozji Krzywe polaryzacyjne niklu, miedzi i stali w 2M kwasie siarkowym (VI)

10 Podstawy elektrochemii i korozji
Krzywa polaryzacyjna Podstawy elektrochemii i korozji Krzywe polaryzacyjne stali w roztworach kwasu siarkowego (VI) o różnych stężeniach.

11 Diagram Pourbix - diagram termodynamicznej trwałości wody
2H e ⇄ H2 2H2O ⇄ O H e środowiska środowiska utleniające kwaśne Podstawy elektrochemii i korozji zasadowe Tlen Woda redukujące Wodór kwaśne zasadowe

12 Diagram Pourbix - diagram termodynamicznej trwałości wody
Podstawy elektrochemii i korozji pH = 8.91 pH = 13.15

13 Podstawy elektrochemii i korozji
Diagram Pourbix – przykłady, Chrom Podstawy elektrochemii i korozji

14 Podstawy elektrochemii i korozji
Diagram Pourbix – przykłady, Żelazo Podstawy elektrochemii i korozji

15 Podstawy elektrochemii i korozji
Diagram Pourbix – przykłady, Cyna Podstawy elektrochemii i korozji

16 Podstawy elektrochemii i korozji
Diagram Pourbix – przykłady, Tytan Podstawy elektrochemii i korozji

17 Podstawy elektrochemii i korozji
Diagram Pourbix – przykłady, Glin Podstawy elektrochemii i korozji

18 Podstawy elektrochemii i korozji
Korozja i jej rodzaje Korozja – jest to samorzutne niszczenie materiału na skutek jego oddziaływania z otaczającym środowiskiem W zależności od środowiska korozyjnego, w którym znajduje się dany metal lub stop rozróżnia się następujące rodzaje korozji: - korozja atmosferyczna - korozja gazowa - w suchych, przeważnie gorących gazach - korozja wodna np. w wodzie morskiej lub rzecznej - korozja ziemna np. w glebie W zależności od mechanizmu procesów korozyjnych rozróżnia się: - korozję elektrochemiczną zachodzącą w środowiskach elektrolitów, a więc w wodnych roztworach jakimi są woda słodka i morska, w wilgotnych gazach i wilgotnych glebach - korozję chemiczną zachodzącą głównie w gazach suchych i cieczach nie przewodzących (nieelektrolitach), np. ciekłe substancje organiczne. Skutkiem procesów korozyjnych jest niszczenie meteriału. Podstawy elektrochemii i korozji Rodzaje korozji Korozja chemiczna korozja biologiczna korozja elektrochemiczna Korozja wysokotemperatutowa

19 Podstawy elektrochemii i korozji
Typy korozji Podstawy elektrochemii i korozji a - Korozja równomierna b - Plamy korozyjne c - Korozja szczelinowa d - Korozja podpowierzchniowa e - Korozja podosadowa f - Korozja międzykrystaliczna g - Korozja pulwersyjna h - Korozja wżerowa – pitting i - Korozja warstwowa j - Korozyjne pękanie naprężeniowe k - Korozja kontaktowa l - Korozja kawitacyjna

20 Podstawy elektrochemii i korozji
Polaryzacja aktywacyjna Me ⇄ Mez+ + ze Δlogi Podstawy elektrochemii i korozji ΔE równanie Sterna-Gear’ego

21 Podstawy elektrochemii i korozji
Układ mieszany - polaryzacja aktywacyjna Podstawy elektrochemii i korozji równanie Sterna-Gear’ego

22 Podstawy elektrochemii i korozji
Układ mieszany - polaryzacja aktywacyjna, przykład innego zastosowania Podstawy elektrochemii i korozji Ag→Ag++e Al3++3e→Al Al→Al3++3e Ag++e→Ag

23 Podstawy elektrochemii i korozji
Polaryzacja stężeniowa (inaczej dyfuzyjna) gdzie Podstawy elektrochemii i korozji Polaryzacja oporowa

24 Podstawy elektrochemii i korozji
Układ mieszany - polaryzacja aktywacyjna i stężeniowa dyfuzja Podstawy elektrochemii i korozji M→Mn++ne H++e→1/2H2

25 Mechanizmy roztwarzania żelaza
Podstawy elektrochemii i korozji Reakcje korozyjnego roztwarzania żelaza zachodzące z równoczesnym wydzielaniem wodoru

26 Mechanizmy roztwarzania żelaza
Podstawy elektrochemii i korozji Reakcje korozyjnego roztwarzania żelaza zachodzące z udziałem tlenu rozpuszczonego w roztworze

27 Korozja wżerowa i szczelinowa
Podstawy elektrochemii i korozji Mechanizm powstawania wżeru na powierzchni żelaza a) Stan początkowy, b) stan zaawansowany

28 Podstawy elektrochemii i korozji
Korozja wżerowa i szczelinowa Podstawy elektrochemii i korozji Schemat procesów zachodzących w trakcie rozwoju wżeru Korozja szczelinowa w obrębie połączenia nitowanego

29 Korozja na skutek występowania prądów błądzących
Podstawy elektrochemii i korozji Prąd błądzący. Upływność prądu stałego z trakcji elektrycznej poprzez wilgotną ziemię do lokalnej instalacji podziemnej powoduje tworzenie lokalnych makroogniw korozyjnych

30 Podstawy elektrochemii i korozji
Podstawowe zasady ochrony przed korozją 1. Najskuteczniejszą ochroną przed korozją jest właściwy dobór materiału pracującego w określonym środowisku oraz właściwe warunki eksploatacji maszyn i urządzeń. 2. Stosuje się powłoki ochronne z metali, farb, lakierów, polimerów, powłoki pasywne itp. Warunki, jakie mają spełniać powłoki ochronne, by zapewnić skuteczność stosowania, to odporność chemiczna, szczelność i dobre przyleganie do metalu. Niewłaściwe przygotowanie podłoża i nałożenie powłoki powoduje bardzo groźną w skutkach tzw. korozję podpowłokową. Podstawy elektrochemii i korozji Warstwa katodowa Warstwa anodowa

31 Podstawy elektrochemii i korozji
Podstawowe zasady ochrony przed korozją 3. Inhibitory korozji, tj. substancje, które powodują zmniejszenie szybkości reakcji głównie na drodze mechanizmu adsorpcyjnego oraz na skutek przesuwania potencjału równowagowego reakcji w stronę anodową lub katodową. W praktyce dodanie niewielkich ilości substancji silnie adsorbujących się na powierzchni metalu i blokujących dostęp jonów wodorowych opóźnia znacznie procesy korozyjne. Działanie inhibitorów tłumaczy się tworzeniem trudno rozpuszczalnych warstewek zaporowych w miejscach katodowych lub anodowych. Inhibitory nieorganiczne: niektóre związki arsenu, niklu, cyny, magnezu (stosowane w środowisku obojętnym i zasadowym) Inhibitory organiczne: krochmal, klej, białko (stosowane w środowisku kwaśnym) Podstawy elektrochemii i korozji 4.Ochrona katodowa dwojakiego rodzaju: bierną, czyli protektorową, polegającą na podłączeniu do chronionego detau elektrod z metali o bardziej anodowym charakterze (cynk, magnez, specjalne elektrody z platynowanego tytanu) oraz katodową ochronę czynną polegającą na wymuszonej zmianie anodowego charakteru chronionego elementu na katodowy. Ten typ ochrony stosuje się zwykle dla dużych konstrukcji (np. rurociągów lub nabrzeży portowych), instalując co pewien odcinek zasilanie katodowe nakładane na chronioną konstrukcję. Anody zakopuje się wówczas w ziemi lub zanurza do wód gruntowych lub innych wód otaczających konstrukcję.

32 Podstawowe zasady ochrony przed korozją
Podstawy elektrochemii i korozji Ilustracja zasady ochrony anodowej metalu Ilustracja zasady biernej ochrony katodowej metalu

33 Podstawy elektrochemii i korozji
Podstawowe zasady ochrony przed korozją Podstawy elektrochemii i korozji Schemat obwodów instalacji ochrony katodowej rurociągu z zewnętrznym źródłem prądu, przykład czynnej ochrony katodowej

34 Podstawy elektrochemii i korozji
Literatura J.Baszkiewicz, M.Kamiński, Podstawy Korozji Materiałów, Oficyna Wydwanicza, PW, Warszawa 1997 H.Bala, Korozja Materiałów-Teoria i Praktyka, Wydawnictwo WIPMIFS, PCz, Częstochowa, 2002 J.O’M. Bockris, J.K. Reddy, Modern Electrochemistry, Plenum Rosetta, New York, 1973 H.Scholl, T. Błaszczyk , P.Krzyczmonik, " Elektrochemia - Zarys teorii i praktyki", Wyd. U Ł , 1998 I.Koryta, I.Dvorak,V.Bohackowa, "Elektrochemia", PWN , W.Libuś, Z.Libuś, "Elektrochemia", PWN , A.J.Bard, G.Inzelt, F.Scholz, Electrochemical Dictionary Springer,2008 Podstawy elektrochemii i korozji

35 Podstawy elektrochemii i korozji
Dziękuje za uwagę Podstawy elektrochemii i korozji