Экспериментальная часть

Задание 1. Определение механизма коррозии.

Цель работы: Анализ поляризационных кривых. Доказательство электрохимического механизма коррозии. Определение механизма электрохимической коррозии.

Оборудование, посуда, реактивы

1. Установка для поляризационных измерений с ячейкой – 1.

2. Весы аналитические - 1

3. термостатный сосуд с крышкой - 1

4. Секундомер или часы - 1

5. Склянка на 1 л - 1

6. Мерный цилиндр на 250 мл – 1

7. Пробирки - 6

8. Образцы исследуемых металлов для весовых измерений - 2x3

для поляризационных -"- - 2x4

9. Раствор соляной или серной кислот (0,5-1,0 моль/л) - 150-200 мл.

Методика эксперимента

Коррозионные и поляризационные измерения проводятся и растворе кислота. Металлы, кислота, ее концентрация, время коррозии, режим снятия поляризационных кривых - по указанию преподавателя.

Методика коррозионных измерений

Коррозионные измерения проводятся весовым методом.

1. В каждую из 6-ти пробирок налить примерно 5 мл раствора кислоты и поместить их в водяной термостат.

2. Образцы двух металлов (каждого по 3 образца), предварительно взвесив на аналитических весах с точностью до г, поместить в пробирки с раствором кислоты (1 образец в пробирку). Образцы можно брать только пинцетом!

3. После заданного промежутка времени образца выгрузить, отмыть водопроводной и дистиллированной водой, высушить фильтровальной бумагой и повторно взвесить на тех жe весах.

Методика поляризационных измерений

Анодные и катодные поляризационные кривые снимаются одновременно в термостатированной ячейке с разделенными электродными пространствами на установке, схема которой представлена на рис.5. Ток, подаваемый на ячейку от источника тока (И), регулируется магазином сопротивлений (R) и регистрируется миллиамперметром (мА). Потенциалы исследуемых электродов (ИЭ), один из которых является анодом, а другой катодом, измеряются относительно электродов сравнения (ЭС) и пересчитываются на нормальный водородный электрод (НВЭ). Измерение потенциала производится при помощи потенциометра или вольтметра (В).

Электроды погружаются в ячейку и подключаются к измерительной и поляризующей системам. Необходимо следить, чтобы капилляры Луггина (КЛ) электролитических ключей (ЭК) располагались в непосредственной близости от ИЭ. Часть ЭК, обращенная к ячейке, заполняется исследуемым раствором, другая часть - насыщенным раствором КСL. Электроды выдерживаются в ячейке без поляризации 5 мин., затем измеряются Е_с. Задаются i (по указанию преподавателя) и после выдержки при каждом i в течение 2 мин. производится измерение потенциалов катода (Е,) и анода(Е). Каждая кривая снимается на новых электродах после замены электролита в ячейке. Заполнение ЭК можно производить только при изменении состава раствора в ячейке, Каждую кривую следует воспроизводить не менее 2-3 раз. Электроды обезжириваются при кипячении в спирте, промываются в свежей порции спирта и высушиваются фильтровальной бумагой

Оформление и обработка результатов измерений

1. В отчете должны найти отражение: природа металла, рабочий раствор, ПАВ, и температура. Результаты поляризационных измерений занести в таблицу:

i,А/см2	1 опыт		2 опыт		Среднее значение		Значение Е по НВЭ
	Ек,В	ЕА,В	Ек,В	ЕА,В	Ек,В	ЕА,В	Ек,В	ЕА,В

Пересчет потенциалов на шкалу НВЭ осуществляется по формуле:

Е_иэ/нвэ = Е_эс/нвэ - Е_иэ/эс Е_иэ/нвэ - потенциал ИЭ по шкале НВЭ

Е_эс/нвэ - потеницал ЭС по шкале НВЭ, (Справочник химика, т.3).

Е_иэ/эс - потенциал ИЭ относительно ЭС, т.е. показания вольтметра с учетом знака.

Данные весовых измерений представить в виде таблицы:

Металл	№№	Масса, г		∆m, г	∆mср, г	j,А/см2
		до	после

2. Построить поляризационные кривые в координатах Е –lg i.

3. Проэкстраполироватъ тафелевские участки на линию Е_с, сопоставить полученные графики с представленными на рис.3,4.

4. Рассчитать J_k по формуле:

F - Число Фарадея (26,8 А-час), А - атомная масса металла.

5. Сопоставить значения скорости коррозии, найденной из электрохимических измерений по рис.3,4 (J_э) и рассчитанной по формуле (7) по данным прямых коррозионных испытаний (j_k). Значения J_э для случая, представленного на рис.3, непосредственно сопоставляются с величинами J_к. Если экспериментальный график отвечает представленному на рис.4, необходимо ввести поправку на гетерогенность поверхности. Предполагаем, что характер гетерогенности одинаков для коррозионных и поляризационных измерений и вся поверхность образцов электрохимически активна. Тогда, зная и можно по формуле (6) определить отношение S_A/S_K и на основании общей площади образца для поляризационных измерений рассчитать . Величины и должны совпадать. Поскольку значения J_к (см. таблицу), рассчитанные весовым способом, фактически отражают скорость анодной реакции распространения металла при Е_с, то следует проводить сопоставление величин J_к и (рис.4).

6. Примерное равенство величин J_к и или J_к и J_э указывает на доминирование электрохимического механизма коррозии. Если J_к > J_э или

J_к> , то реализуется химико-электрохимический механизм, рис.5.

Рисунок 5- Коррозионная диаграмма

i - суммарная скорость растворения металла i=ix+iA ix - скорость растворения металла по химическому механизму iк –скорость катодной реакции iA - Скорость анодного растворения металла При Ес lg jК=lg (jэ+jx)

Рассчитать долю химического механизма коррозии по формулам:

А) для рис. типа 3:

Б) для рис. типа 4:

Примечание: Если J_к < J_э это может указывать на различное соотношение S_A/S_K при коррозионных и поляризационных измерениях. При гомогенном механизме вся поверхность металла равнодоступна для катодной и анодной реакций. Следовательно, при катодной поляризации на всей поверхности будет протекать восстановление деполяризатора, при анодной поляризации воя поверхность будет растворяться, а при коррозии в каждый момент времени на половине поверхности может протекать анодная реакция и на другой половине - катодная. Для учета такой возможности при использовании формулы (7) вместо S следует подставлять S/2.

7. Сделать выводы.

Задание 2. Моделирование коррозионного полиэлектрода

Цель работы:. Ознакомление с работой коррозионного полиэлектрода при пространственном разделении катодной и анодной реакций. Анализ поляризационных кривых при работе электрохимической системы в режиме гальванического элемента и электролитической ванны.

Оборудование, посуде, реактивы

1. Установка для поляризационных измерений и ячейка - 1.

2. Секундомер или часы - 1.

3. Склянка на 1 л - 1.

4. Мерный цилиндр на 100 мл - 1.

5. Стакан на 100 мл -2

6. Образцы исследуемого металла

7. Платиновый электрод - 1.

8. Раствор соляной или серной кислот (1 моль/л) – 150-200 мл.

Методика эксперимента

1. Собрать установку (рис.7.)

2. Установить Pt -электрод и насыщать в течение 15 мин, раствор водородом.

3. Установить электрод из исследуемого металла.

4. Измерить Е исследуемого и платиноводородного электродов.

5. Замкнуть цепь, поставив переключатель 9 в положение "а". Магазин сопротивления 8 полностью введен. Через 2 мин. зарегистрировать ток и измерить потенциалы обоих электродов.

Рисунок 6 – Схема установки

1. Платиновый электрод. 2. Рабочий электрод 3. Исследуемый раствор. 4. Электролитический ключ 5. Электрод сравнения. 6. Регистратор потенциала. 7. Регистратор тока. 8. Регулируемый резистор. 9. Переключатель. 10. Источник питания.

6. Меняя сопротивление внешней цени при помощи магазина 8, после каждых 2-х мин. выдержки измерять ток и потенциалы.

7. Разомкнуть электрическую цепь переключателем 9, ввести магазин 8 и, переведя переключатель в положение "6", включить источник тока. Увеличивая ток при помощи регулятора источника тока и магазина 8, после каждой 2-х минутной выдержки регистрировать значения потенциалов и тока.

8. Изменить электрическое сопротивление внутренней цепи путем замены рабочего раствора и повторять операции 2-6.

Примечание: Исследуемые металл и растворы, значения сопротивления внешней цепи (п.6) и устанавливаемого тока (п.7) – по указанию преподавателя.

Оформление и обработка результатов измерений

1. При оформлении отчета указать условия эксперимента ( металл, электролит, температуру, площадь образцов), а данные измерений представить в виде таблицы:

Rвн, Ом	I,A	i, A/см2		Потенциал электрода Е по отношению к электроду сравнения						E по НВЭ, B
		Me	Pt	Me			Pt			ЕМе	ЕPt
				E1	E2	Ecp	E1	E2	Ecp
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

2. Построить поляризационные кривые в координатах Е-i и E-lgi, определить тафелевы константы.

3. Сопоставить кинетические закономерности для разных растворов и различных режимов работы электрохимической системы: гальванического элемента (область с отключенным источником питания) и электролизера (область с включенным источником питания).

4. Сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Сущность электрохимического механизма коррозии.

2. Принцип независимости ЭП, следствия и отклонения.

3. Термодинамическая оценка возможности коррозии.

4. Теория локальных гальванических элементов.

5. Электрохимическая гетерогенность поверхности, ее причины.

6. Механизмы коррозии.

7. Методики эксперимента и принципы расчетов.

Дополнительные меры безопасности

Запрещается поправлять электроды и электролитические ключи при включенном источнике питания. После снятия каждой кривой следует отключить источник питания, установить в исходное положение регулятор напряжения, переключатели регистраторов и магазина сопротивления.

Работа № 3. Коррозия с водородной и кислородной деполяризацией