Determinarea potenţialului de coroziune

Scopul lucrării

Se va determina potenţialul de coroziune şi se vor calcula supratensiunea anodică şi

catodică pentru Fe, Zn, Al supuse coroziunii în mediu acid (soluţie H2SO4), în mediu bazic

(soluţie NaOH) şi în mediu neutru (soluţie NaCl).

În mediu acid are loc coroziunea cu depolarizare de hidrogen, iar în mediul neutru şi

alcalin - coroziunea cu depolarizare de oxigen.

Introducere

Se defineşte drept electrod sistemul electroneutru metal/soluţie de electrolit. Electrozii

pot fi reversibili şi ireversibili. Electrozii reversibili sunt caracterizaţi de reacţii de echilibru la

interfaţa metal/soluţie de electrolit. Când soluţia reprezintă un mediu coroziv reacţiile la

interfaţa metal/soluţie de electrolit sunt ireversibile. Ca urmare a desfăşurării simultane a

proceselor de ionizare a metalului (procese anodice) şi depolarizării, reducerii agenţilor

corozivi din soluţia de electrolit (procese catodice) pe aceeaşi suprafaţă metalică, la interfaţa

metal/mediu coroziv apare spontan, o diferenţă de potenţial numită potenţial de coroziune.

Procesul global al coroziunii cu depolarizare de hidrogen sau oxigen se obţine prin

însumarea algebrică a reacţiilor de ionizare a metalului (oxidare) şi a reacţiei de depolarizare

(reducere) a ionilor sau moleculelor din mediul coroziv.

Reacţiile chimice în coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt:

În medii acide:

Reacţie de ionizare a metalului (oxidare), MM+z +ze-

(Fe Fe+2 + 2e-)

şi Reacţie de depolarizare (reducere), zH++ze- z/2 H2

(2H+ + 2e- H2)

Reacţie globală: M+ zH+ M+z + z/2 H2,

(Fe + 2H+ Fe+2 + H2)

În medii neutre şi alcaline:

Reacţie de oxidare, MM+z +ze-

(Fe Fe+2 + 2e- )

Reacţie de depolarizare (reducere), zH2O+ze-zOH-+z/2H2

2H2O+2e- 2OH- + H2

Reacţie globală: M + zH2O M+z + zOH- + z/2 H2,

(Fe + 2H2O Fe+2 + 2OH- + H2)

Coroziune cu depolarizare de oxigen:

În medii acide:

Reacţie de oxidare, MM+z +ze-

(Fe Fe+2 + 2e-)

Reacţie de depolarizare, zH++z/4 O2 +ze- z/2H2O

(2H++1/2 O2 +2e- H2O)

Reacţie globală: M+ zH++z/4 O2 M+z +z/2H2O,

(Fe+ 2H++1/2 O2 Fe+2 +2H2O)

În medii neutre şi alcaline:

Reacţie de oxidare, MM+z +ze-

(Fe Fe+2 + 2e-)

Reacţie de depolarizare (reducere), z/2 H2O +z/4O2+ze- zOH-

(H2O +1/2O2+2e- 2OH-)

Reacţie globală: M+z/2 H2O +z/4O2 M(OH)z,

(Fe+ H2O +1/2O2 Fe(OH)2)

Supratensiunea se defineşte matematic astfel:

(4.6.2.1)

unde εi este potenţialul electrodului metalic străbătut de un curent electric (curent de

descărcare, curent de electroliză, curent de coroziune), iar εi=o reprezintă potenţialul de

coroziune în circuit deschis, i=0.

În cazul coroziunii electrochimice: εi=εcor şi εi=o =εo1 sau εi=o =εo

2

Între potenţialele de electrod (de echilibru) şi potenţialul de coroziune la care se

desfăşoară simultan procesul anodic sau catodic al metalului, există relaţiile:

; a - supratensiunea anodică (ηa>0); (4.6.2.2)

; c - supratensiunea catodică (ηc<0). (4.6.2.3)

Potenţialul de coroziune şi supratensiunea depind de natura chimică şi starea suprafeţei

metalului, de natura chimică şi pH-ul mediului coroziv.

Aparatură şi substanţe: celulă electrolitică (fig. 4.6.2.1).

1. cuve cu soluţii de acid sulfuric (H2SO4), hidroxid de sodiu (NaOH) sau clorură de sodiu

(NaCl);

2. M (metal)- Zn, Al sau Fe;

3. punte electrolitică;

4. electrod de referinţă Cu/ CuSO4;

5. multimetru

Fig. 4.6.2.1 Celula electrolitică

Mod de lucru

Se curăţă plăcuţele metalice (electrozii) cu hârtie metalografică înaintea fiecărei

măsurători. Se alcătuiesc pile galvanice în care un electrod este metalul introdus în mediul

coroziv, iar celălalt este electrodul de referinţă:

(-) Me/H2SO4//electrod de referinţă (+)

(-) Me/NaOH//electrod de referinţă (+)

(-) Me/NaCl//electrod de referinţă (+)

Ca electrod de referinţă se poate folosi electrodul de Cu/CuSO4 (1M), cu

. Electrodul de referinţă se conectează la borna pozitivǎ iar metalul se

conecteazǎ la borna negativǎ a instrumentului de măsură a tensiunii electromotoare şi se

notează valoarea t.e.m. (E) indicată de afişajul electronic după două minute, când se consideră

că a atins o valoare relativ constantă.

Rezultate şi calcule:

Se calculează potenţialul de coroziune ştiind că tensiunea electromotoare măsurată este

diferenţa dintre potenţialul catodului şi cel al anodului:

Supratensiunea se calculează pentru fiecare caz folosind relaţiile (4.6.2.2) şi (4.6.2.3). Se

cunosc următoarele valori ale potenţialelor standard de electrod:

(mediu neutru şi alcalin).

Se întocmeşte următorul tabel:

Nr.

det.Pila de coroziune

Emăsurat

[V]

ecor

[V] [V]

[V]

a

[V]

c

[V]

1. (-)Fe/H2SO4//CuSO4/Cu (+)

2. (-)Fe/NaOH//CuSO4/Cu (+)

3. (-)Fe/NaCl//CuSO4/Cu (+)

4. (-)Zn/H2SO4//CuSO4/Cu (+)

5. (-)Zn/NaOH//CuSO4/Cu (+)

6. (-)Zn/NaCl//CuSO4/Cu (+)

7. (-)Al/H2SO4//CuSO4/Cu (+)

8. (-)Al/NaOH//CuSO4/Cu (+)

9. (-)Al/NaCl//CuSO4/Cu (+)

Interpretare rezultate:

Se vor scrie reacţiile ce intervin în procesul de coroziune ale următoarelor metale: Fe

(bivalent), Zn (bivalent), Al (trivalent);

Se verifică potenţialul de coroziune cu cel obţinut din diagramele Tafel pentru fiecare

metal în parte.