材料腐蚀防护技术-2.ppt

材料腐蚀与防护技术
黄志荣
机械与动力工程学院实验17楼527
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第二章金属的电化学腐蚀
腐蚀原电池
1. 电化学腐蚀现象
金属在电介质溶液或熔盐中的腐蚀是电化学腐蚀。
共同特点是离子导电
电化学腐蚀过程的基本特点是:
氧化还原反应。是一个原电池过程。
电化学腐蚀比高温氧化更普通。例如,在潮湿的大气中,桥梁、钢轨及各种钢结构件的腐蚀;地下输油、气管道及电缆等土壤腐蚀;海水中采油平台、船舰壳体腐蚀;以及化工生产设备,如贮槽、泵、冷凝器等遭受的酸、碱、盐的腐蚀等,都属于电化学腐蚀。
第二章金属的电化学腐蚀
腐蚀原电池
1. 电化学腐蚀现象
电化学腐蚀是腐蚀电池的电极反应的结果。因此,首先对什么是电极反应要有一个明确的概念。在讨论电极反应之前,先讨论一下“电极系统”这个概念。
能够导电的物体,称为导体。从导体中形成电流的荷电粒子来看,导体可分成两类:
电子导体
离子导体
荷电粒子是电子或电子空穴。包括普通的金属导体和半导体。
荷电粒子是带正电荷的或负电荷的离子。如电介质溶液或熔融盐。
第二章金属的电化学腐蚀
腐蚀原电池
1. 电化学腐蚀现象
把一个系统中由化学性质和物理性质一致的物质所组成而与系统中其它部分之间的“界面”隔开的集合体,叫“相”。
如果一个系统由两个相所组成,其中一个相是电子导体,称电子导体相,另一个相是离子导体,称为离子导体相,而且在这个系统中有电荷从一个相通过两个相的界面转移到另一个相,这个系统就叫电极系统。
这样定义的电极系统的主要特征是:
伴随着电荷在两相之间转移,不可避免地同时会在两相之间的界面上发生物质的变化--由一种物质变为另一种物质,即化学变化。
第二章金属的电化学腐蚀
腐蚀原电池
1. 电化学腐蚀现象
第二章金属的电化学腐蚀
腐蚀原电池
1. 电化学腐蚀现象
如果互相接触的两个相都是电子导体相,虽然两个相由不同的物质组成,但在两个相之间有电荷转移时,只不过是电子从一个电子相穿过两相之间的界面进入另一个电子导体相,在两相界面上并不发生化学变化。
如果互相接触的是两种非同类导体,则在电荷从一个导体相穿越界面进入另一个导体相时,这个过程必然依靠两种不同类型的荷电粒子--电子和离子--之间互相转移电荷的过程来实现。
这个过程也是某种物质得到或失去价电子的过程,这正是化学变化的基本特征。
因此,我们这样来定义电极反应:
在电极系统中伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应,称为电极反应。
例1:一块金属铜片浸在清除了氧的CuSO4的水溶液中。此时电子导体是金属Cu,离子导体是CuSO4的水溶液;这两种导体构成一个电极系统。当两相之间发生电荷转移时,在两相界面上,同时发生如下的物质变化
Cu(M) ↔ Cu2+(sol) + 2e(M)
上式所表示的就是一个电极反应。
例2:一块表面覆盖有AgCl膜的银片浸在NaCl水溶液中。在电子导体相Ag与离子导体相NaCl水溶液这两相之间有电荷转移时,发生如下电极反应。
Ag(M) + Cl¯ ↔ AgCl(s) + e(M)
这个电极反应同上一个电极反应的差别仅在于:电极反应产物是处于两相界面上的固体,因此上式实际上由下列两个反应组成
Ag(M) ↔ Ag+(sol) + e(M)
Ag+(sol) + Cl¯(sol) ↔ AgCl(s)
例3:一块铂片浸在H2气体下的HCl溶液中。此时构成电极系统的电子导体相Pt和离子导体相HCl水溶液。两相界面上有电荷转移时发生的电极反应是
½H2(g) ↔ H+(sol) + e(M)
例4:由一块铂片浸在含有Fe3+和Fe2+的水溶液构成的电极系统中,发生的电极反应是
Fe2+(sol) ↔ Fe3+(sol) + e(M)
现在,我们围绕上述4个例子,讨论电极反应的一些主要特点。
(1) 所有关于化学反应的一些基本定律都适用于电极反应。如当量定律、质量作用定律等。但电极反应又有不同于一般的化学反应的特点。最重要的特点是,电极反应是伴随着两类不同的导体相之间的电荷转移过程发生的,也就是说,在电极反应进行时,电极材料必须释放或接纳电子。因此,电极反应受到电极系统的两个导体相之间的界面层的电化学状态的影响。
另一个特点是:由于电极材料中的电子参与电极反应,电极反应就必须发生在电极材料的表面上,因此,电极反应具有表面反应的特点,电极材料的表面状况对电极反应的进行有很大的影响。