腐蚀与防护-第二章电化学腐蚀热力学资料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电位、位于不同位置； （2）阳极和阴极之间要有电性连接（电子导体
通道）；
（3）阳极与阴极均处于有导电能力的腐蚀环 境内（离子导体通道）。 总之，要有两种电极（阳极、阴极）和 两种通道（电子通道、离子通道）。
以锌在酸溶液中腐蚀为例，腐蚀电池工作过 程如图2-1所示。
• 腐蚀电池的工作历程 （电化学腐蚀的过程）
• 产生原因有：异种金属接触、环境中腐蚀 介质浓度差异、 温度差异。
• 异种金属接触 • 不同金属或合金接触后，当处于同一
溶液中时，电位较负的材料成为阳极， 不断被腐蚀，电位较正的材料得到保 护。
• 海水中航行的船体钢壳与铜Βιβλιοθήκη Baidu金推进 器构成这类电池，它们又称为腐蚀电 偶。
• 环境中腐蚀介质浓度差异
• 环境腐蚀成分浓度差异构成的电池通称为“浓差 电池”。
• 常见浓差电池有“盐浓差电池”和“充气差异电 池”。前者由氯离子等盐浓度差异造成，后者为 含空气（主要是氧气）量的差异产生。这类电池 用来解释“缝隙腐蚀”、“水线腐蚀”及“垢下 腐蚀”等现象。
• 温度差异 • 同种金属的个部分处于不同温度中，可以
① 阳极过程 ② 阴极过程 ③ 电荷的传递
• 电化学腐蚀的次生过程 如：铁和铜在氯化钠溶液中组成腐蚀电池， 形成次生产物沉淀 Fe(OH)2
➢腐蚀电池的类型
• 宏观腐蚀电池 ① 电偶腐蚀（异种金属腐蚀） ② 浓差电池 分为：溶液浓差电池、氧浓差电池、温 差电池
宏观腐蚀电池
• 电极大小可用肉眼区分开的腐蚀电池称为 宏观腐蚀电池。
2.1 电池过程
➢原电池
把化学能转化为电能的装置
原电池的组成
(c) 电极： 电池中发生 氧化还原反 应的场所。
(a)外电路：负载， 电流的外部通路
(b)盐桥： 电流的内 部通路
()Zn ZnSO4(水溶液) CuSO4(水溶液)Cu()
阳极反应： Zn Zn2 2e 阴极反应： Cu2 2e Cu 总反应： Zn Cu2 Zn2 Cu
微观腐蚀电池是造成潮湿大气中洁净金属表 面腐蚀的主要原因。特点：尺寸小，间距近。
由于几方面的不均匀性造成。
① 材料本身相的不均匀性
化学成分、组织结构、物理状态、表面膜的不 完整性 ② 液相的不均匀性 ③ 系统外界条件的不均匀性
温度、光能
微观腐蚀电池
• 化学成分不均匀性。如：金属中杂质。 • 杂质的组成、性质不同于基体，有的相对
电化学腐蚀热力学
§2.1 电池过程 §2.2 电极与电极电位 §2.3 腐蚀过程的热力学判据 §2.4 电位-pH图
腐蚀热力学的研究内容
• 热力学研究体系的状态、反应的方向性等。
• 自然界中的自发过程，其体系能量是降低的。
• 化学热力学中引入各种状态函数，来判断化学反 应的方向。如：用吉普斯函数判断定压过程的反 应方向；用赫姆霍兹函数判断定容过程变化方向。
电极反应
负极： 正极：
Zn-2e- =Zn2+ 2H++2e- =H2↑
总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
简单原电池的正负极和电子流向如何判断？
负极（–）：是活泼金属，本身失去电子，
电电 子流
发生氧化反应。
正极（+）：是不活泼金属或非金属，进电子 ，
本身不反应，是溶液中的阳离子
（3）“∣”表示两相的界面 （4） “‖”表示盐桥。
举例说明：
(-)Zn∣ZnSO4‖CuSO4∣Cu (+) (-)Zn∣Zn 2+ ‖H+∣H2 (Pt) (+) (-) (Pt) H2 ( 100kPa)∣ H+ (1.0 mol/dm3)‖Cu 2+ (1.0 mol/dm3) ∣ Cu (+) (-) (Pt)Fe3 (1.0 mol/dm3), Fe2+ (1.0 mol/dm3)‖Ag+ (1.0 mol/dm3) ∣Ag(+)
构成温差电池。
• 研究这种温度差对腐蚀影响的报道不多。 有报道说，硫酸铜溶液中，高温铜是阴极， 低温铜是阳极。铅的行为与铜类似，但银 的极性与铜相反。
估算表明，第一类电池的最大阴、阳极电位 差可达几百毫伏，甚至一伏以上；第二类电池的 最大电位差般只有几十毫伏；温差电池电位差只 有几毫伏或更小。
• 微观腐蚀电池
得电子发生还原反应。
注意： 要用到金属活动性顺序表： K,Ca,Na,Mg,Al,Zn,Fe,Sn,Pb,(H),Cu,Hg,Ag,Pt,Au…
活泼性，还原性依次 减弱。
➢腐蚀电池（腐蚀原电池）
• 实质上是个短路的原电池 • 包括四部分：
阳极、阴极、电解质溶液、外电路
腐蚀电池工作要素
• 电化学腐蚀的本质是形成了腐蚀电池。 • 腐蚀电池起作用的要素为： （1）材料表面产生阳极和阴极，二者具有不同
负极 Zn = Zn2+ + 2e
电子从原电池流 出（到外电路） 的一极。
负极上总是发生 氧化反应。
极板上电子是富 余的，带负电荷 。
正极 Cu2+ + 2e = Cu
电子（从外电路） 流入原电池的一 极。
正极上总是发生 还原反应，
极板上是缺电子 的，带正电荷。
原电池的符号表示
为了书写的方便，常用下列符号来表示原电池的结构：
• 腐蚀是以电化学反应为主的化学变化，用热力学 理论来刻画其变化方向，回答材料在具体环境中 是否发生腐蚀和发生腐蚀的倾向大小。
• 腐蚀热力学以电极电位作为腐蚀倾向判别函数， 建立相应理论和方法。
• 注意：腐蚀倾向不等于腐蚀速度。没有倾向，不 会有速度；小的倾向，不可能出现大的速度；但 大的倾向和大的速度没有必然。
（1）以（+）表示原电池的正极，正极总是写在右边；以（-）表示原电池的 负极，负极总是写在左边。
（2）正、负极中总是有一种导电的物质，如Zn、Cu、Ag、等还原态物质可 作为电极导体，导体总是写在紧邻（+）、（-）的最旁边的位置。如果 电对中的还原态物质不是导体，如Fe3+/Fe2+、 H+/ H2 、Cl2/Cl- 等，就需 要加惰性电极，如：C（石墨）、Pt等。
基体呈阳极，减缓腐蚀；有的杂质呈阴极， 加速腐蚀。
• 如： 金属锌中的Al、Pb、Hg等杂质，呈阳 极，它们可以减缓金属锌在硫酸中腐蚀；
• 金属锌中的Fe、Cu等杂质，呈阴极， 它们 加速锌在硫酸中腐蚀。
组织结构不均匀性
通道）；
（3）阳极与阴极均处于有导电能力的腐蚀环 境内（离子导体通道）。 总之，要有两种电极（阳极、阴极）和 两种通道（电子通道、离子通道）。
以锌在酸溶液中腐蚀为例，腐蚀电池工作过 程如图2-1所示。
• 腐蚀电池的工作历程 （电化学腐蚀的过程）
• 产生原因有：异种金属接触、环境中腐蚀 介质浓度差异、 温度差异。
• 异种金属接触 • 不同金属或合金接触后，当处于同一
溶液中时，电位较负的材料成为阳极， 不断被腐蚀，电位较正的材料得到保 护。
• 海水中航行的船体钢壳与铜Βιβλιοθήκη Baidu金推进 器构成这类电池，它们又称为腐蚀电 偶。
• 环境中腐蚀介质浓度差异
• 环境腐蚀成分浓度差异构成的电池通称为“浓差 电池”。
• 常见浓差电池有“盐浓差电池”和“充气差异电 池”。前者由氯离子等盐浓度差异造成，后者为 含空气（主要是氧气）量的差异产生。这类电池 用来解释“缝隙腐蚀”、“水线腐蚀”及“垢下 腐蚀”等现象。
• 温度差异 • 同种金属的个部分处于不同温度中，可以
① 阳极过程 ② 阴极过程 ③ 电荷的传递
• 电化学腐蚀的次生过程 如：铁和铜在氯化钠溶液中组成腐蚀电池， 形成次生产物沉淀 Fe(OH)2
➢腐蚀电池的类型
• 宏观腐蚀电池 ① 电偶腐蚀（异种金属腐蚀） ② 浓差电池 分为：溶液浓差电池、氧浓差电池、温 差电池
宏观腐蚀电池
• 电极大小可用肉眼区分开的腐蚀电池称为 宏观腐蚀电池。
2.1 电池过程
➢原电池
把化学能转化为电能的装置
原电池的组成
(c) 电极： 电池中发生 氧化还原反 应的场所。
(a)外电路：负载， 电流的外部通路
(b)盐桥： 电流的内 部通路
()Zn ZnSO4(水溶液) CuSO4(水溶液)Cu()
阳极反应： Zn Zn2 2e 阴极反应： Cu2 2e Cu 总反应： Zn Cu2 Zn2 Cu
微观腐蚀电池是造成潮湿大气中洁净金属表 面腐蚀的主要原因。特点：尺寸小，间距近。
由于几方面的不均匀性造成。
① 材料本身相的不均匀性
化学成分、组织结构、物理状态、表面膜的不 完整性 ② 液相的不均匀性 ③ 系统外界条件的不均匀性
温度、光能
微观腐蚀电池
• 化学成分不均匀性。如：金属中杂质。 • 杂质的组成、性质不同于基体，有的相对
电化学腐蚀热力学
§2.1 电池过程 §2.2 电极与电极电位 §2.3 腐蚀过程的热力学判据 §2.4 电位-pH图
腐蚀热力学的研究内容
• 热力学研究体系的状态、反应的方向性等。
• 自然界中的自发过程，其体系能量是降低的。
• 化学热力学中引入各种状态函数，来判断化学反 应的方向。如：用吉普斯函数判断定压过程的反 应方向；用赫姆霍兹函数判断定容过程变化方向。
电极反应
负极： 正极：
Zn-2e- =Zn2+ 2H++2e- =H2↑
总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
简单原电池的正负极和电子流向如何判断？
负极（–）：是活泼金属，本身失去电子，
电电 子流
发生氧化反应。
正极（+）：是不活泼金属或非金属，进电子 ，
本身不反应，是溶液中的阳离子
（3）“∣”表示两相的界面 （4） “‖”表示盐桥。
举例说明：
(-)Zn∣ZnSO4‖CuSO4∣Cu (+) (-)Zn∣Zn 2+ ‖H+∣H2 (Pt) (+) (-) (Pt) H2 ( 100kPa)∣ H+ (1.0 mol/dm3)‖Cu 2+ (1.0 mol/dm3) ∣ Cu (+) (-) (Pt)Fe3 (1.0 mol/dm3), Fe2+ (1.0 mol/dm3)‖Ag+ (1.0 mol/dm3) ∣Ag(+)
构成温差电池。
• 研究这种温度差对腐蚀影响的报道不多。 有报道说，硫酸铜溶液中，高温铜是阴极， 低温铜是阳极。铅的行为与铜类似，但银 的极性与铜相反。
估算表明，第一类电池的最大阴、阳极电位 差可达几百毫伏，甚至一伏以上；第二类电池的 最大电位差般只有几十毫伏；温差电池电位差只 有几毫伏或更小。
• 微观腐蚀电池
得电子发生还原反应。
注意： 要用到金属活动性顺序表： K,Ca,Na,Mg,Al,Zn,Fe,Sn,Pb,(H),Cu,Hg,Ag,Pt,Au…
活泼性，还原性依次 减弱。
➢腐蚀电池（腐蚀原电池）
• 实质上是个短路的原电池 • 包括四部分：
阳极、阴极、电解质溶液、外电路
腐蚀电池工作要素
• 电化学腐蚀的本质是形成了腐蚀电池。 • 腐蚀电池起作用的要素为： （1）材料表面产生阳极和阴极，二者具有不同
负极 Zn = Zn2+ + 2e
电子从原电池流 出（到外电路） 的一极。
负极上总是发生 氧化反应。
极板上电子是富 余的，带负电荷 。
正极 Cu2+ + 2e = Cu
电子（从外电路） 流入原电池的一 极。
正极上总是发生 还原反应，
极板上是缺电子 的，带正电荷。
原电池的符号表示
为了书写的方便，常用下列符号来表示原电池的结构：
• 腐蚀是以电化学反应为主的化学变化，用热力学 理论来刻画其变化方向，回答材料在具体环境中 是否发生腐蚀和发生腐蚀的倾向大小。
• 腐蚀热力学以电极电位作为腐蚀倾向判别函数， 建立相应理论和方法。
• 注意：腐蚀倾向不等于腐蚀速度。没有倾向，不 会有速度；小的倾向，不可能出现大的速度；但 大的倾向和大的速度没有必然。
（1）以（+）表示原电池的正极，正极总是写在右边；以（-）表示原电池的 负极，负极总是写在左边。
（2）正、负极中总是有一种导电的物质，如Zn、Cu、Ag、等还原态物质可 作为电极导体，导体总是写在紧邻（+）、（-）的最旁边的位置。如果 电对中的还原态物质不是导体，如Fe3+/Fe2+、 H+/ H2 、Cl2/Cl- 等，就需 要加惰性电极，如：C（石墨）、Pt等。
基体呈阳极，减缓腐蚀；有的杂质呈阴极， 加速腐蚀。
• 如： 金属锌中的Al、Pb、Hg等杂质，呈阳 极，它们可以减缓金属锌在硫酸中腐蚀；
• 金属锌中的Fe、Cu等杂质，呈阴极， 它们 加速锌在硫酸中腐蚀。
组织结构不均匀性