De galvanisk eller elektrokjemisk korrosjon Det er en prosess der et metall eller legering nedbrytes raskere sammenlignet med konvensjonell oksidasjon. Det kan sies at det er en akselerert oksidasjon, og til og med, med vilje, slik det skjer i celler eller batterier.
Dette skjer under en rekke forhold. Først må det være et aktivt metall, kalt anoden. Også, og for det andre må det være et lavreaktivt edelt metall som kalles katoden. Den tredje og fjerde tilstand er tilstedeværelsen av et medium der elektroner forplanter seg, slik som vann, og ioniske arter eller elektrolytter..
Galvanisk korrosjon kan observeres spesielt i marine miljøer eller ved strendene. Luftstrømmer øker massene av vanndamp, som igjen bærer noen ioner; sistnevnte ender med å feste seg til et tynt lag med vann eller dråper som hviler på metalloverflaten.
Disse fuktighets- og saltholdighetsforholdene favoriserer metallets korrosjon. Det vil si at en jernkrone som den på bildet over vil ruste raskere hvis den utsettes for nærhet til havet..
Den lettheten som et metall må oksidere sammenlignet med et annet, kan måles kvantitativt gjennom reduksjonspotensialene; kjemibøker bugner av tabeller med disse potensialene E. Jo mer negativt det er, desto større er tilbøyeligheten til rust.
På samme måte, hvis dette metallet er i nærvær av et annet med et veldig positivt reduksjonspotensial, og dermed har et stort AE, vil oksidasjonen av det reaktive metallet være mer aggressivt. Andre faktorer, som pH, ionestyrke, fuktighet, tilstedeværelsen av oksygen og forholdet mellom områdene av metallet som oksyderes og at det er redusert, er også viktige..
Artikkelindeks
Før du tar opp mekanismene bak galvanisk korrosjon, bør visse konsepter avklares.
I en redoksreaksjon mister en art elektroner (oksyderer) mens en annen får dem (reduserer). Elektroden som oksidasjon skjer på, kalles anoden; og hvor reduksjonen skjer, katode (på engelsk mnemonic rule redcat å huske).
For en elektrode (et stykke, skrue, etc.) av et metall M, hvis det oksyderer, sies det å være anoden:
M => Mn+ + ne-
Antall frigitte elektroner vil være lik størrelsen på den positive ladningen til kationen Mn+ resulterende.
Så mottar en annen elektrode eller metall R (begge metallene må være i kontakt på en eller annen måte), de frigitte elektronene; men dette gjennomgår ikke en kjemisk reaksjon hvis den får elektroner, siden den bare vil lede dem (elektrisk strøm).
Derfor må det være en annen art i løsning som formelt kan akseptere disse elektronene; like lett reduserte metallioner, for eksempel:
Rn+ + ne- => R
Det vil si at et lag av metall R ville dannes og elektroden ville derfor bli tyngre; mens metallet M vil miste masse på grunn av atomer oppløses.
Hva om det ikke var noen metallkationer som kunne reduseres lett nok? I så fall vil andre arter som er tilstede i mediet ta elektronene: depolarisatorene. Disse er nært beslektet med pH: Oto, H+, Åh- og HtoELLER.
Oksygen og vann får elektroner i en reaksjon uttrykt ved følgende kjemiske ligning:
ELLERto + 2HtoO + 4e- => 4OH-
Mens H-ionene+ forvandle seg til Hto:
2H+ + 2e- => Hto
Det vil si arten OH- og Hto er vanlige produkter av galvanisk eller elektrokjemisk korrosjon.
Selv om metallet R ikke deltar i noen reaksjon, fremmer det oksidasjonen at det er mer edelt enn M; og følgelig vil det være en høyere produksjon av OH-ioner- eller hydrogengass. Fordi, når alt kommer til alt, er det forskjellen mellom reduksjonspotensialene, AE, en av de viktigste driverne for disse prosessene.
Etter forrige avklaring kan eksemplet på jernkorrosjon adresseres (toppbilde). Anta at det er et tynt lag med vann der oksygen oppløses. Uten tilstedeværelsen av andre metaller vil det være depolarisatorene som vil sette retningslinjene for reaksjonen.
Dermed vil jern miste noen atomer fra overflaten for å oppløses i vann som Fe kationer.to+:
Tro => Troto+ + 2e-
De to elektronene vil bevege seg gjennom jernbiten fordi den er en god leder av elektrisitet. Så hvor oksidasjonen eller anodestedet startet er kjent; men ikke hvor reduksjonen vil fortsette eller plasseringen av det katodiske stedet. Katodestedet kan være hvor som helst; og jo større det mulige arealet er, desto verre korroderer metallet.
Anta at elektronene når et punkt som vist på bildet ovenfor. Der gjennomgår både oksygen og vann den allerede beskrevne reaksjonen, hvorved OH frigjøres-. Disse OH-anionene- kan reagere med Feto+ å danne Fe (OH)to, som utfelles og gjennomgår påfølgende oksidasjoner som til slutt forvandler det til rust.
I mellomtiden sprekker anodesiden mer og mer.
I hverdagen er eksemplene på galvanisk korrosjon mange. Vi trenger ikke å referere til jernkronen: enhver gjenstand laget av metaller kan gjennomgå den samme prosessen i nærvær av fuktige og salte omgivelser.
I tillegg til stranden kan vinteren også gi ideelle forhold for korrosjon; for eksempel når du måker salter i snø på veien for å forhindre at biler sklir.
Fra et fysisk synspunkt kan fuktighet beholdes i de sveisede skjøtene av to metaller, som er aktive steder for korrosjon. Dette er fordi begge metaller oppfører seg som to elektroder, og jo mer reaktive en vil miste elektronene..
Hvis produksjonen av OH-ioner- Det er betydelig, det kan til og med tære på lakken til bilen eller den aktuelle enheten.
Man kan lage sine egne eksempler på galvanisk korrosjon ved å bruke tabellene for reduksjonspotensial. Imidlertid vil den anodiske indekstabellen (forenklet i seg selv) bli valgt for å illustrere dette punktet..
Anta for eksempel at vi ønsket å bygge en elektrokjemisk celle. Metallene som er øverst i tabellen med anodisk indeks er mer katodiske; det vil si at de lett reduseres, og det vil derfor være vanskelig å ha dem i løsning. Mens metallene som er i bunnen er mer anodiske eller reaktive, og de korroderer lett.
Hvis vi velger gull og beryllium, kunne ikke begge metallene være sammen lenge, siden beryllium ville oksidere ekstremt raskt..
Og hvis vi derimot har en løsning av Ag-ioner+ og vi dypper en aluminiumstang i den, denne vil oppløses samtidig som metalliske sølvpartikler utfelles. Hvis denne stangen var koblet til en grafittelektrode, ville elektroner reise til den for å elektrokjemisk avsette sølv på den som en sølvfilm..
Og hvis den i stedet for aluminiumsstangen var laget av kobber, ville løsningen bli blåaktig på grunn av tilstedeværelsen av Cu-ioner.to+ i vann.
Anta at du vil beskytte et sinkark mot korrosjon i nærvær av andre metaller. Det enkleste alternativet ville være å tilsette magnesium, som vil belegge sink slik at elektronene som frigjøres fra magnesium, reduseres Zn-kationene når de er oksidert.to+ tilbake.
Imidlertid vil MgO-filmen på sink ende opp med å sprekke snarere enn senere og gi anodesteder med høy strømtetthet; det vil si at korrosjonen av sink vil akselerere kraftig akkurat på disse punktene.
Denne elektrokjemiske korrosjonsbeskyttelsesteknikken er kjent som bruk av offerbelegg. Den mest kjente er sink, brukt i den berømte teknikken som kalles galvanisering. I dem er metall M, spesielt jern, belagt med sink (Fe / Zn).
Igjen oksiderer sinket og oksydet tjener til å dekke jernet og overføre elektroner til det som reduserer Feto+ som kan dannes.
Anta at du igjen vil beskytte det samme arket sink, men nå vil du bruke krom i stedet for magnesium. Krom er mer edelt (mer katodisk, se tabellen med anodiske indekser) enn sink, og fungerer derfor som et edelt belegg.
Problemet med denne typen belegg er at når det sprekker, vil det ytterligere fremme og akselerere oksydasjonen av metallet under; i dette tilfellet korroderer sink enda mer enn å være belagt med magnesium.
Og til slutt er det andre belegg som består av maling, plast, antioksidanter, fett, harpiks, etc..
Et enkelt eksperiment kan utarbeides fra den samme tabellen med anodeindekser. Løser opp en rimelig mengde (mindre enn 10 gram) CuSO45HtoEller i vann blir et barn bedt om å dyppe ned i en polert jernplate. Et bilde er tatt og prosessen får utfolde seg i et par uker.
Løsningen er i utgangspunktet blåaktig, men vil begynne å falme mens jernplaten får en kobberfarge. Dette er fordi kobber er mer edelt enn jern, og derfor er kationene Cuto+ De vil bli redusert til metallisk kobber fra ionene gitt ved oksidasjon av jern:
Tro => Troto+ + 2e-
Cuto+ + 2e- => Cu
Sølvobjekter sverter over tid, spesielt hvis de er i kontakt med en kilde til svovelforbindelser. Rusten kan fjernes ved å senke gjenstanden i et kar med vann med natron og aluminiumsfolie. Bikarbonatet gir elektrolyttene som vil lette transporten av elektroner mellom objektet og aluminiumet.
Som et resultat vil barnet sette pris på at gjenstanden mister sine svarte flekker og vil lyse med sin karakteristiske sølvfarge; mens aluminiumsfolien tærer på å forsvinne.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.