Факторы коррозии
Коррозия металлов — это самопроизвольное разрушение металла под действием окружающей среды. Главные факторы коррозии: вода, кислород, растворённые соли и кислоты, а также контакт разных металлов.
Что такое коррозия и почему она идёт
Коррозия — это разрушение металлов и сплавов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. В школьных заданиях важно отличать причину от условия: кислород может быть окислителем, а вода часто обеспечивает перенос ионов.
Коррозия обычно является окислительно-восстановительным процессом. Атомы металла отдают электроны и превращаются в ионы: металл окисляется. Кислород, ионы водорода или другие частицы принимают электроны и восстанавливаются. Поэтому коррозию удобно рассматривать с точки зрения ОВР с участием металлов.
В школьной формулировке «коррозия — это разрушение металла» грамматическая основа: коррозия — разрушение. Слово «это» является связкой, а не отдельным членом предложения. Такой разбор помогает ответить на языковую часть задания, где требуется найти грамматическую основу.
Для развития коррозии чаще всего нужны одновременно металл, вода или влага и окислитель, обычно кислород воздуха. Если убрать хотя бы один важный фактор, скорость разрушения обычно уменьшается.
Влияние воды и кислорода
Сухой кислород при комнатной температуре не всегда быстро разрушает металл: для многих металлов процесс резко ускоряется в присутствии влаги. Вода растворяет газы и соли, а также позволяет ионам перемещаться между участками поверхности. Поэтому влажный воздух опаснее сухого.
Кислород воздуха принимает электроны на участках поверхности, где протекает восстановление. В нейтральной или слабощелочной влажной среде возможна реакция:
На другом участке металл отдаёт электроны. Например, для железа первой стадией часто записывают образование ионов железа(II):
Затем ионы железа взаимодействуют с гидроксид-ионами и кислородом. Образуются гидроксиды и оксиды железа, входящие в состав ржавчины. Подробная последовательность рассмотрена на странице образование ржавчины.
Вода не всегда является расходуемым реагентом коррозии. Часто она выступает как среда, в которой движутся ионы и замыкается электрохимическая цепь.
Соли и кислоты как ускорители
Растворённые соли увеличивают электропроводность водной плёнки. Чем легче перемещаются ионы, тем интенсивнее работают участки окисления и восстановления. Поэтому морская вода и растворы хлоридов обычно ускоряют коррозию сильнее, чем чистая вода.
Ионы хлорида особенно опасны для защитных оксидных плёнок: они могут нарушать их целостность и способствовать появлению локальных повреждений. В месте повреждения металл растворяется быстрее. Состав и свойства таких соединений удобно повторить в теме хлориды.
Кислоты ускоряют коррозию активных металлов, потому что ионы водорода принимают электроны. Для цинка реакция имеет вид:
Однако правило нельзя понимать механически. Некоторые металлы пассивируются: на их поверхности образуется плотная плёнка оксида, которая препятствует дальнейшему разрушению. Кроме того, концентрированная кислота иногда пассивирует металл, хотя разбавленная кислота реагирует с ним активнее.
Почему раствор соли обычно ускоряет коррозию железа?
Контакт разных металлов
Если два разных металла соприкасаются во влажной электропроводящей среде, возникает гальваническая пара. Более активный металл становится анодом и окисляется, а менее активный — катодом, на котором восстанавливается кислород или ионы водорода. Это основа гальванической коррозии.
При контакте разных металлов в электролите быстрее разрушается более активный металл. Благородный или менее активный металл обычно сохраняется, но на нём может ускориться восстановление кислорода.
| Условие | Что происходит | Результат |
|---|---|---|
| Одинаковые металлы, сухая поверхность | Нет заметного переноса ионов | Коррозия слабая или медленная |
| Металл + вода и кислород | Замыкается электрохимический процесс | Коррозия ускоряется |
| Активный металл + менее активный металл | Активный металл — анод | Разрушение активного металла усиливается |
| Раствор соли или кислоты | Растёт проводимость, появляются дополнительные реагенты | Коррозия обычно ускоряется |
Опасна не только сама пара металлов, но и соотношение площадей. Если маленький участок активного металла соединён с большой площадью благородного металла, плотность тока на аноде может быть высокой, поэтому повреждение активного участка идёт особенно быстро.
Разобранный пример
Железный гвоздь находится во влажном воздухе. Другой гвоздь соприкасается с медной проволокой. Какой гвоздь будет корродировать быстрее и почему?
Показать краткий ответ Ответ
Быстрее корродирует гвоздь, соприкасающийся с медью. Во влажной среде образуется гальваническая пара: железо — анод и окисляется, медь — катод. Вода и кислород обеспечивают протекание процесса.
1. Нельзя считать, что любой контакт металлов ускоряет коррозию одинаково: важна разность их активности. 2. Нельзя называть воду окислителем во всех случаях: часто она является электролитической средой. 3. Соль ускоряет процесс главным образом благодаря ионам и проводимости, а не потому, что любая соль сама окисляет металл. 4. Не путайте анод и катод: при коррозии анод — место окисления металла.
Сначала найдите металл, который отдаёт электроны. Затем определите среду: есть ли вода, кислород, кислота или соль. Если металлы соединены, сравните их активность и назовите более активный металл анодом.
Быстрая проверка
Главное
- Коррозия — самопроизвольное разрушение металла; её основа — окислительно-восстановительный процесс.
- Вода создаёт среду для перемещения ионов, а кислород часто принимает электроны.
- Растворы солей повышают электропроводность и обычно ускоряют коррозию; кислоты добавляют ионы водорода, способные восстанавливаться.
- При контакте разных металлов более активный металл становится анодом и разрушается быстрее.
- Для анализа задания определяйте окисляющийся металл, наличие влаги и электролита, а также возможность образования гальванической пары.