Запитання для самоконтролю

1. Дайте визначення поняттю “корозія”. Наведіть причину корозії металів та сплавів. Які види корозії ви знаєте?

2. В чому полягає особливість електрохімічної корозії? Що є основними причинами виникнення корозійних гальванічних елементів? Які ділянки стають катодними при здійсненні корозійного процесу? Наведіть реакції відновлення типових природних окисників на катодних ділянках корозійних гальванічних елементів.

3. Наведіть умову руйнування металу при електрохімічній корозії: а) при контакті з вологим повітрям; б) при контакті його з водним розчином, за умови виділення Н₂.

4. Розкрийте основні методи захисту від корозії: легування, антикорозійні покриття, електрохімічний захист, інгібітори корозії, обробка корозійно-агресивного середовища.

Лабораторна робота 17 Електроліз водних розчинів електролітів

17.1. Короткі теоретичні відомості

Електроліз – окисно-відновні реакції, що перебігають на електродах унаслідок проходження постійного електричного струму через розчин або розплав електроліту.

Найчастіше електроліз здійснюють, використовуючи інертні електроди, виготовлені з платинових металів, графіту чи PbO₂. Такі електроди не зазнають ніяких змін в процесі електролізу. При цьому на катоді (електроді, з’єднаному з негативним полюсом джерела струму) відбувається процес відновлення – приєднання окисником електронів з електричного кола, а на аноді (електроді, з’єднаному з позитивним полюсом джерела струму) – процес окиснення – перехід електронів від відновника в електричне коло.

При визначенні продуктів електролізу водних розчинів електролітів треба враховувати конкурентний характер електродних процесів: молекули води можуть відновлюватися на катоді так само, як і іони металів; водночас на аноді можуть окиснюватися ті ж молекули води або аніони кислотних залишків.

Відомо, що відновлення води на катодах електролізерів може перебігати у межах потенціалів від –1,6 В до –0,24 В. Тому іони металів як окисники розділяють на три групи:

а) іони Меⁿ⁺, що є слабшими окисниками порівняно з водою, мають значення електродних потенціалів, значно менші від –1,6 В (нижня межа потенціалу відновлення Н₂О). Тому при електролізі водних розчинів солей таких металів на катоді здійснюється відновлення молекул води як більш сильного окисника за схемою:

2Н₂О + 2е = Н₂⁰↑ + 2ОН^.

Продуктом катодного відновлення в цьому випадку буде газ (водень).

б) катіони металів, що є більш сильними окисниками порівняно з молекулами Н₂О, мають значення стандартних потенціалів, більші від –0,24В (верхня межа потенціалу відновлення води). При електролізі водних розчинів солей цих металів відновлюються тільки іони металів за схемою:

Мeⁿ⁺ + ne = Me⁰.

Продуктом катодного відновлення в цьому разі буде метал.

в) катіони металів, які мають окисну дію, порівнянну по силі з водою, характеризуються значеннями електродних потенціалів у межах від –1,6 В до 0,24 В. При електролізі водних розчинів солей таких металів на катоді відновлення здійснюється одночасно за двома схемами:

Мeⁿ⁺ + ne = Me⁰

2Н₂О + 2е = Н₂⁰↑ + 2ОН^.

На аноді відновники  одноатомні аніони (Cl^, Br^, I^, S^2)  більш сильні порівняно з Н₂О. Тому в розчинах галогенідів і сульфідів ніколи не окиснюється вода, а перебігає окиснення аніонів солей у відповідності зі схемою:

2Нal^  2e = Hal₂⁰, Hal^ = Cl^, Br^, I^,

S^2  2e = S⁰.

Аніони кисневмісних кислот (ClO₄^, NO₃^, PO₄^3, CO₃^2, SO₄^2) та іон F^ є значно слабшими відновниками порівняно з водою, тому при електролізі водних розчинів перхлоратів, нітратів, фосфатів, карбонатів, сульфатів і т.п. на аноді відбувається тільки окиснення води за схемою:

2Н₂О  4е = О₂⁰↑ + 4Н⁺.

Якщо виготовити анод з металу, що є більш сильним відновником, ніж аніон солі чи молекули води, то під дією зовнішньої різниці потенціалів зазнавати окиснення буде саме матеріал анода:

Мe⁰ – ne = Meⁿ⁺.

Отже, здійснюється електроліз з розчинним анодом, іони металу переходять у розчин, а вивільнені електрони переміщуються від анода до джерела струму (акумулятора).

Під дією зовнішнього електричного поля катіони металів, що утворилися при розчиненні анода, напрямлено переміщуються до катода, де відновлюються за схемою:

Мeⁿ⁺ + ne = Me⁰.

Внаслідок такого процесу на катоді утворюються електрохімічно очищені метали.