Физико-химические процессы в технологии машиностроения. Стекольников Ю.А - 15 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ЕГУ им. Бунина | Елец

Составители: 

Рубрика: 

Термодинамика химической коррозии металлов
Первопричиной химической коррозии металлов является их термодинамиче-
ская неустойчивость в различных средах при данных внешних условиях, в резуль-
тате чего металлы самопроизвольно переходят в более устойчивое окисленное
(ионное) состояние. Этот процесс сопровождается уменьшением термодинамиче-
ского потенциала.
В качестве критерия равновесия и самопроизвольности процессов коррозии
металлов, протекающих при постоянных температурах и давлении, можно исполь-
зовать свободную энергию Гиббса ΔG. При данных условиях процесс химической
коррозии возможен, если ΔG < 0; коррозионный процесс невозможен, если ΔG > 0;
система находится в равновесии, если ΔG = 0.
Наиболее распространенным случаем химической коррозии является окисле-
ние металлов различными газами. Для реакции окисления металла кислородом
2Ме
тв
+ 0
2(г)
= 2МеО
ТВ
Суждение о термодинамической возможности или невозможности процесса
может быть сделано непосредственно на основании сравнения парциального давле-
ния кислорода в коррозионной газовой среде и давления диссоциации образую-
щегося оксида Рм
е
о. Для реакции окисления металла изменение свободной энергии
Гиббса можно определить по уравнению изотермы
ΔG = RT(lnР
0
o
2
-lnРo
2
), (3)
где P
0
O
2
,
Po
2
— соответственно равновесное и неравновесное давление кисло-
рода.
В обычных атмосферных условиях Po
2
является парциальным давлением ки-
слорода и составляет ~ 0,21 атм. Равновесное давление кислорода P
0
O
2
равно давле-
нию (упругости) диссоциации образующегося оксида РМеО.
Так как для большинства технически важных металлов упругость диссоциа-
ции их оксидов P
0
O
2
вплоть до температур плавления на несколько порядков мень-
ше 0,21 атм, то значение ΔG отрицательное и реакция окисления металла протекает
самопроизвольно. Лишь благородные металлы — золото, платина, палладий, ирри-
дий — в нормальных атмосферных условиях имеют P
0
O
2
> 0,21 атм. и являются ус-
тойчивыми к окислению. Все остальные металлы неустойчивы.
Кинетика химической коррозии
Кинетика химической коррозии изучает законы роста пленок на металлах.
Эти законы выражаются математическими зависимостями вида h = f(τ), где h —
толщина пленки продукта коррозии; τ — время. Истинная скорость коррозии ме-
талла будет определяться производной dh/dτ.
Рост пористой пленки. Пористые, рыхлые пленки не защищают металл от
коррозии, так как окисляющий газ легко проникает через поры к его поверхности
и вступает в химическое взаимодействие. Скорость реакции в этом случае не за-
                  Термодинамика химической коррозии металлов
      Первопричиной химической коррозии металлов является их термодинамиче-
ская неустойчивость в различных средах при данных внешних условиях, в резуль-
тате чего металлы самопроизвольно переходят в более устойчивое окисленное
(ионное) состояние. Этот процесс сопровождается уменьшением термодинамиче-
ского потенциала.
      В качестве критерия равновесия и самопроизвольности процессов коррозии
металлов, протекающих при постоянных температурах и давлении, можно исполь-
зовать свободную энергию Гиббса ΔG. При данных условиях процесс химической
коррозии возможен, если ΔG < 0; коррозионный процесс невозможен, если ΔG > 0;
система находится в равновесии, если ΔG = 0.
      Наиболее распространенным случаем химической коррозии является окисле-
ние металлов различными газами. Для реакции окисления металла кислородом

                       2Метв + 02(г) = 2МеОТВ

     Суждение о термодинамической возможности или невозможности процесса
может быть сделано непосредственно на основании сравнения парциального давле-
ния кислорода    в коррозионной газовой среде и давления диссоциации образую-
щегося оксида Рмео. Для реакции окисления металла изменение свободной энергии
Гиббса можно определить по уравнению изотермы

                      ΔG = RT(lnР0o2-lnРo2),                     (3)

        где P0O2, Po2 — соответственно равновесное и неравновесное давление кисло-
рода.
      В обычных атмосферных условиях Po2 является парциальным давлением ки-
слорода и составляет ~ 0,21 атм. Равновесное давление кислорода P0O2 равно давле-
нию (упругости) диссоциации образующегося оксида РМеО.
      Так как для большинства технически важных металлов упругость диссоциа-
ции их оксидов P0O2 вплоть до температур плавления на несколько порядков мень-
ше 0,21 атм, то значение ΔG отрицательное и реакция окисления металла протекает
самопроизвольно. Лишь благородные металлы — золото, платина, палладий, ирри-
дий — в нормальных атмосферных условиях имеют P0O2 > 0,21 атм. и являются ус-
тойчивыми к окислению. Все остальные металлы неустойчивы.

                          Кинетика химической коррозии
      Кинетика химической коррозии изучает законы роста пленок на металлах.
Эти законы выражаются математическими зависимостями вида h = f(τ), где h —
толщина пленки продукта коррозии; τ — время. Истинная скорость коррозии ме-
талла будет определяться производной dh/dτ.
      Рост пористой пленки. Пористые, рыхлые пленки не защищают металл от
коррозии, так как окисляющий газ легко проникает через поры к его поверхности
и вступает в химическое взаимодействие. Скорость реакции в этом случае не за-

Страницы