Коррозией называется разрушение металлов под действием окружающей среды.
Коррозия - процесс самопроизвольный и не может быть полностью предотвращена, однако существует ряд методов, которые позволяют ее замедлить. Разработка новых более совершенных методов защиты от коррозии - остается актуальной задачей, т.к. потери от нее наносят огромный ущерб мировой экономике. Так, только в 1975 г коррозия обошлась Соединенным Штатам Америки в 75 млрд. долларов, что составило четверть национального дохода страны за указанный год.
Коррозия металлов всегда представляет собой процесс окисления:
Ме - zе ® Меz+
По своему механизму коррозия может быть химической и электрохимической.
Химическая коррозия - разрушение металла в результате химического взаимодействия с окружающей средой.
При накаливании стальных изделий на воздухе их поверхность покрывается темным слоем окалины, представляющей собой оксиды железа, например:
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
Предметы из меди или ее сплавов при длительном хранении покрываются зеленым налетом основной соли:
2Cu + O2 + H2O + CO2 = (CuOH)2CO3
Серебряные изделия чернеют в присутствии сернистых соединений вследствие образования сульфида серебра Ag2S.
Однако химическая коррозия встречается сравнительно редко. Обычно процесс коррозии связан с электрохимическими процессами.
Электрохимическая коррозия - разрушение металла под действием окружающей среды в результате возникновения гальванических элементов.
Если погрузить в раствор электролита, например, серной кислоты две металлических пластинки и соединить их между собой, возникнет замкнутый гальванический элемент Zn | H2SO4 | Cu.
Ранее мы сформулировали правило, согласно которому в замкнутом гальваническом элементе на более отрицательном электроде всегда происходит процесс окисления. Но коррозия - это процесс окисления. Итак, при электрохимической коррозии разрушается более активный металл.
В нашем примере корродирует цинк: Zn - 2e ® Zn2+
На положительном электроде должен протекать процесс восстановления. В растворе кислоты присутствуют в большом количестве ионы Н+, которые будут восстанавливаться на медной пластинке: 2Н+ + 2е ® Н2 .
Следовательно,
при электрохимической коррозии в кислой среде на поверхности менее активного металла выделяется водород.
Теперь предположим, что медная и цинковая пластинки помещены в водный раствор хлорида натрия (или морской воды). Очевидно и в этом случае коррозии будет подвергаться цинк. А на медной пластинке водород выделяться не будет, т.к. в нейтральном растворе концентрация ионов Н+ мала (10-7 моль/дм3). В таких процессах в роли окислителя выступает обычно молекулярный кислород, растворенный в воде:
О2 + Н2О + 4е ® 4ОН-
Таким образом, вблизи медной пластинки будет происходить подщелачивание раствора. Ионы Zn2+, образующиеся в результате коррозии цинка, образуют с ионами ОН- гидроксид цинка:
Zn2+ + 2OH- ® Zn(OH)2
Итак,
при электрохимической коррозии в нейтральной (а также щелочной) среде на менее активном металле происходит восстановление молекулярного кислорода с образованием гидроксид-ионов.
Используемые в технике металлы, как правило, химически неоднородны, т.е. содержат примеси других металлов. Это является причиной возникновения многочисленных микроскопических гальванических элементов и, следовательно, электрохимической коррозии. Наиболее распространенный коррозионный процесс - ржавление железа. В электрохимическом отношении железо представляет собой довольно активный металл (вспомним его положение в ряду напряжений) и по отношению ко многим примесям (олово, свинец, никель, медь и др.) выступает в роли анода.
Электродные реакции, происходящие при коррозии железа в нейтральных средах:
(Анод) Fe - 2e ® Fe2+
(Катод) О2 + 2Н2О + 4е ® 4ОН-
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2
В дальнейшем происходит окисление Fe2+ до Fe3+ атмосферным кислородом. Окончательным продуктом окисления является гидратированный оксид железа(III) - ржавчина. Исследование указанных процессов показывает, что скорость ржавления железа определяется, главным образом, концентрацией кислорода, рН среды, ее влажностью. Электрохимическая коррозия может быть также следствием механической неоднородности металла, т.е. неоднородностью внутренних няпряжений и механических нагрузок.
