金属腐蚀与防护金属腐蚀的基本原理.pptx
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1、按腐蚀机理将金属腐蚀分为:化学腐蚀,电化学腐蚀按腐蚀机理将金属腐蚀分为:化学腐蚀,电化学腐蚀化学腐蚀原理及化学反应化学腐蚀原理及化学反应研究腐蚀现象研究腐蚀现象 p金属在酸中的腐蚀金属在酸中的腐蚀p金属在中性和碱性溶液中金属在中性和碱性溶液中p既不含氧也不含酸的溶液中既不含氧也不含酸的溶液中3.1 腐蚀化学第1页/共113页腐蚀产物:氢气和一种溶解盐腐蚀产物:氢气和一种溶解盐 金属在酸中的腐蚀第2页/共113页金属在中性和碱性溶液中淡水、海水、盐溶液和含碱性的介质中淡水、海水、盐溶液和含碱性的介质中 只有溶解“氧”存在时才发生腐蚀 水溶液能迅速地溶解空气中的氧例:暴露在潮湿大气或水中的铁生锈:
2、不溶的红褐色物质白色沉淀物第3页/共113页化学中的置换反应化学中的置换反应在锌的表面上沉积有海绵状的铜既不含氧也不含酸的溶液中第4页/共113页腐蚀反应期间所产生的物质检查腐蚀的一种方法腐蚀产物可溶解的不可溶解的可见的不可见的腐蚀产物第5页/共113页目录3.2电化学基础知识 3.3腐蚀电化学3.1腐蚀化学 3.4电位-pH图3.2.1电极电位3.2.2标准电极电位3.2.3气体电极的电极电位第6页/共113页u发生在水溶液中的腐蚀属于电化学腐蚀,而电化学保护正是防止电化学腐蚀的有力措施。两者的理论均以电化学为基础。u依靠腐蚀原电池作用而进行的腐蚀过程叫电化学腐蚀。u电化学腐蚀是腐蚀原电池电
3、极反应的结果。因此,掌握腐蚀的电化学原理,对于从事电化学保护的工程技术入员来说是十分必要的。3.2电化学基础知识第7页/共113页针对某一位置,针对某一位置,把单位正电荷从把单位正电荷从无穷远处移到该无穷远处移到该处所作的电功处所作的电功3.2.1电极电位静电学概念+电化学u携带单位正电荷进入某一物相时,同时存在电学作用和化学作用u实际作的功是电学作用和化学作用的联合效果。(无法精确测量)u内电位=外电位+表面电势外电位是把单位正电荷从无穷远处的真空移到大约距物体表面10-4cm处所作的功表面电势是把单位正电荷从表面移到物相内部所作的电功该过程涉及到化学反应。(内电位仅是电功和)第8页/共11
4、3页例例:锌铜原电池中,铜与锌分别插入硫酸铜锌铜原电池中,铜与锌分别插入硫酸铜与硫酸锌电解质溶液中,就构成了铜电极与硫酸锌电解质溶液中,就构成了铜电极与锌电极。与锌电极。u在电极和溶液界面上进行的电化学反应称为电极反应。u电极反应可以导致在电极和溶液的界面上建立起离子双电层,还有偶极双电层和吸附双电层。u这种双电层两侧的电位差,即金属与溶液之间产生的电位差称金属与溶液之间产生的电位差称为为电极电位电极电位。3.2.1电极电位第9页/共113页离子双电层示意图(1)金属与溶液双电层结构u双电层一侧是金属电极相,另一侧是溶液相,它是具有一定厚度的相界区,电极反应在相界区内进行。u当金属浸入电解质溶
5、液中,金属表面上的金属离子因极性水分子作用,发生水化。u如果水化时所产生的水化能足以克服金属晶格中金属离子与电子间的引力,则金属离子将脱离金属表面,进入与金属表面接触的液层中形成水化离子。反应区金属离子第10页/共113页u金属晶格上的电子,由于被水分子电子壳层的同性电荷排斥,不能进行水化转入溶液,仍留在金属上。u右图示意地表明了表面金属离子的水化,u该过程可简单表示:(1)金属与溶液双电层结构第11页/共113页u此时,金属水化离子就在荷负电的金属表面的液层中聚集,在金属溶液界面上形成了双电层,如图(a)u如果金属离子的键能超过金属离子水化能时,则金属表面可能从溶液中吸附一部分离子,结果形成
6、了金属表面荷正电,而与金属表面相接触的液层荷负电的另一种离子双电层,如图(b)。u由于双电层的形成,在金属溶液界面的两侧便产生了电位差。(1)金属与溶液双电层结构离子双电层示意图反应区金属离子第12页/共113页u1897年赫姆霍兹(Helmholtz)提出“平行板电容器”的双电层结构模型(或称紧密双电层模型)如图1-2所示。他把双电层比喻为平行板电容器,金属表面以及被金属电极静电吸附的离子层可看做是电容器的两块“极板”,两“极板”间的距离为一个水化离子半径。u这种简化的模型只适用于溶液离子浓度很大或者电极表面电荷密度较大的情况。古伊和奇普曼根据离子热运动原理,扩展了赫姆霍兹的双电层模型,提出
7、了双电层不是紧密层结构,而是扩散层结构,形成所谓电荷的“分散层”。(1)金属与溶液双电层结构第13页/共113页斯特恩于1924年把古伊一奇普曼模型与赫姆霍兹模型结合起来,认为双电层是由“紧密层”和“分散层”两部分组成图。这一论点获得了广泛的承认.(1)金属与溶液双电层结构第14页/共113页u当金属电极上只有一个确定的电极反应,并且该反应处于动态平衡,即金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度时,动态平衡的表达式为:u在此平衡态电极过程中,电极获得一个不变的电位值,该电位值通常称为平衡电极电位。u平衡电极电位是可逆电极电位,即该过程的物质交换和电荷交换都是可逆的。(2)平衡电极电位第15页/共1
8、13页平衡电位必须具备下列条件:(1)电极上只有一个电极反应(2)此电极反应动态平衡时必须既是质量平衡,又是电荷平衡。平衡电极电位:当金属电极与溶液界面的电极过程建立起平衡时,即电极反应的电能和物质量在氧化、还原反应中都达到平衡时的电极电位。(2)平衡电极电位第16页/共113页u平衡电位的大小,与金属种类,溶剂种类,温度,溶液内的金属离子有关。平衡电极电位与标准电极电位的关系可用能斯特方程表示(非平衡电极电位只能测量得到):(2)平衡电极电位第17页/共113页u研究发生电化学腐蚀的热力学条件u标标准准电电位位:参参与与电电极极反反应应的的金金属属离离子子的的活活度度为为1 1或或生成气体的
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