Коррозия меди в 5М изопропанольных растворах НС1 - конспект - Химия - Часть 3, Конспект из Химия
zaycev_ia
zaycev_ia21 June 2013

Коррозия меди в 5М изопропанольных растворах НС1 - конспект - Химия - Часть 3, Конспект из Химия

PDF (208.5 KB)
18 страница
185количество посещений
Описание
I.M. Sechenov Moscow Medical Academy. Реферат по химии. Влияние изученных концентраций CuС12 на ионную силу раствора 5М НС1 в изопропаноле
20очки
пункты необходимо загрузить
этот документ
скачать документ
предварительный показ3 страница / 18
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ

48

Таблица 2.

№ п/п

Параметры условно безводный спирт смешанный растворитель

концентрационный интервал CuC12

концентрационный интервал CuC12

1 ( lgiэх / lgCCu2+) 0,12 10-4 –10-1 0 10-4 -10-2

0,80 10-2 - 10-1

2 ( lgiкор,общ / lgCCu2+) 0,12 10-4 –10-1 0 10-4 -10-2

0,90 10-2 - 10-1

3 ( lgiпред / lgCCu2+) 0,20 10-4 –10-1 0 10-4 -10-2

1,20 10-2 - 10-1

4 ( lg(iкор,общ-i0) /

lgCCu2+)

0,50 10-4 –10-1 0 10-4 -10-2

2,10 10-2 - 10-1

48

5 ( lgia / lgCCu2+) -0,46 10-4 –10-1 -1,4 10-4 -10-2

48

а, следовательно, коррозия протекает не на предельном токе и не связана с

транспортными ограничениями окислителя-деполяризатора к поверхности

электрода.

Порядок общей скорости коррозии по СuС12, представляющий собой

тангенс угла наклона соответствующей прямой равен 0,12; iэх и iпред также

возрастают с порядками 0,12 и 0,20 соответственно (таб. 2). Поскольку

коррозия меди в солянокислых изопропанольных растворах НС1 с добавками

Cu2+, с одной стороны, вызвана, кислотностью среды, а с другой - влиянием

CuC12, то общая скорость коррозии, очевидно, будет представлять собой

сумму:

iкор,общ = i0 + iCu2+,

(43)

где i0 - скорость коррозии меди, обусловленная кислотностью среды, а iCu2+ -

влиянием ионов Cu2+ на растворение меди в изопропанольных средах.

В свою очередь, iCu2+ складывается из плотности тока

электрохимической коррозии (iэх,Cu2+) и плотности тока

неэлектрохимической составляющей ():

iCu2+ = iэх,Cu2+ + .

(44)

Порядок скорости коррозии меди, обусловленной введением ионов CuC12 в

раствор ( lg(iкор,общ - i0)/ lgCCu2+) заметно повышается и составляет 0,5

(таб. 2, рис. 2).

48

Оценим влияние ионов Cu2+ на анодную реакцию ионизации металла.

Добавки хлорной меди в 5М у.б. изопропанольный раствор НС1 повышает

ионную силу раствора (J).

J = 1/2 , (45)

где Сi - концентрация иона; Zi -заряд иона.

Вели чина J в нашем случае представляет собой сумму:

J = 1/2 (CH+ + CC1- + 4CCu2+),

(46)

где CH+ = CHC1; СCu2+ = ; СC1- = CHC1 + 2

48

Рис.3. а) Анодные поляризационные кривые на меди в растворах состава 5М НС1 + х М СuС12 в у.б изопропиловом спирте. Неподвижный электрод. Комнатная температура. Воздух. х: 1-10-4; 2-10-3; 3-5.10-2; 4-10-1.

б) Нахождение порядка реакции анодной ионизации по данным рис. 3а.

Подставляя концентрации ионов в уравнение (46) получим:

J = CHC1 + 3 .

(47)

Так как ионная сила раствора одно-одновалентных электролитов равна

концентрации растворенного вещества, то изменение ее за счет введения соли

будет составлять величину  J:

J = J-J0, (48)

где J0 - ионная сила фонового раствора.

Поскольку концентрация фонового электролита достаточно высока

(5 моль/л НС1), то введение соли в концентрации 10-4 -10-1 моль/л весьма

незначительно повышает величину J, а , следовательно этим изменением

можно пренебречь (таб. 3). Последнее допущение дает возможность считать

постоянными коэфициенты активности, а, следовательно, и активности ионов

электролитов согласно первому приближению Дебая-Гюккеля:

48

lg f = - A (49)

Таблица 3.

Влияние изученных концентраций CuС12 на ионную силу раствора 5М НС1 в изопропаноле.

Ошибка измерения ионной

силы раствора

Концентрация CuC12, моль/л

10-4 10-3 10-2 5.10-2 10-1

Абсолютная

J = J-J0, 3.10-4 3.10-3 3.10-2 1,5.10-1 3.10-1

Относительная

l = ,

6.10-3 6.10-2 0,6 2,9 5,76

Изменение концентрации хлор-иона за счет добавок CuC12 в 3 раза

меньше. Это означает, что на процесс анодной ионизации меди в исследуемых

растворах влияют почти исключительно ионы Cu2+. Соответствующие

полярзационные кривые в 5М у.б. изопопанольных растворах приведены на

рис. 3а. Тафелевский наклон анодных поляризационных кривых составляет 50

мВ, что находится в соответствии с литературными данными [16] и говорит в

пользу ненизменности механизма анодной ионизации в изопропанольных

растворах НС1.

Экстраполируя начальные участки анодных кривых, соответствующие

активному растворению металла на линию постоянного потенциала (0,04 В)

находим значения логарифмов ia, которые наносим на график зависимости

lgia от lgССu2+ (рис. 3б). Тангенс угла наклона полученной прямой,

48

представляющий собой порядок реакции анодной ионизации меди по Cu2+,

составляет -0,46. Отрицательная величина ( lgiа / lgCCu2+) указывает на

ингибирующее действие ионов Cu2+ в анодной реакции ионозации меди.

Таким образом, положительная величина порядка электрохимической скорости

коррозии по CuС12 обусловлена, прежде всего, участием ионов Cu2+ в

катодной реакции (12).

Влияние воды в растворителе в количестве 10 мас.% на скорость

коррозии, определенную по потерям массы образцов, неоднозначно. В случае

небольших добавок CuC12 (10-4 - 10-2) вода оказывает слабый

ингибирующий эффект, а для более концентрированых растворах по CuC12 -

стимулирует коррозию (рис.4).

В 5М изопропанольных растворах НС1 с 10 мас.% Н2О в растворителе и

добавками CuC12 наблюдаются, в основном, те же закономерности, что и в

у.б. растворах: коррозия меди протекает не на предельном токе (iкор,об <

iпред), а скорость электрохимического растворения ниже общих

коррозионных потерь приблизительно в 2 раза во всех исследуемых растворах

(таб. 4).

Таблица 4.

Влияние добавки CuС12 на общие коррозионные потери, скорость электрохимической коррозии и предельный ток катодных

поляризационных кривых в 5М изопропанольных растворах НС1 на основе смешанного растворителя (10 мас% Н2О).

(Воздух. Продолжительность коррозионных испытаний -2 часа. Неподвижный электрод.)

48

Параметр, Концентрация CuC12, моль/л

А/см2 0 10-4 10-3 10-2 5.10-2 10-1

iкор,общ 6,28.10-5 7,53.10-5 7,95.10-5 7,95.10-5 3,72.10-4 1,09.10-3

iэх 3,63.10-5 3,80.10-5 3,80.10-5 3,80.10-5 1,58.10-5 2,29.10-5

iпред 1,82.10-4 1,99.10-4 1,99.10-4 1,99.10-4 1,99.10-3 3,98.10-3

Следует отметить, что ток коррозии, скорость электрохимической

коррозии и предельный ток катодных поляризационных кривых, значения

которых найдены из поляризационых кривых рис.5, в средах с 10 мас.% Н2О

также имеют концентрационую зависимость от ионов Cu2+. Порядки

указанных величин, определенные по логарифмическим зависимостям рис. 6

сведены в таблицу 2, из которой видно, что в интервале концентраций хлорида

меди (II) 10-4-10-2 моль/л содержание последнего не оказывает практически

никакого влияния ни на электрохимическую составляющую коррозии

(порядки iэх и iпред по CuC12 равны нулю), ни на общие коррозионные

потери. С увеличением концентрации добавки Cu2+ все три параметра - iэх,

iкор,общ, и iпред - резко возрастают с порядком, близким к 1 (0,8; 0,9; 1,2

соответственно). Величина скорости коррозии iCu2+, рассчитанная по

разности общей скорости коррозии (iкор,общ) и скорости растворения,

обусловленного кислотностью среды (i0) имеют порядок по CuC12 в

интервале концентраций последнего 10-2 - 10-1 моль/л 2,1.

48

Рис.4. Зависимость скорости коррозии меди в 5М изопропанольных растворах НС1 от содержания Н2О в растворителе. Неподвижный электрод. Комнатная температура. =2 часа.

48

Рис.5. Поляризационные кривые на меди в растворах состава 5М НС1 + х М СuС12 + 10 мас.% Н2О в изопропиловом

спирте. Неподвижный электрод. Комнатная температура. Воздух. х: 1-0; 2-10-4; 3-10-3; 4-10-2; 5-5.10-2; 6-10-1.

48

Рис.6. Зависимость электрохимической и общей скоростей коррозии, а также предельного катодного тока от концентрации CuC12 в растворах 5М НС1 + х М СuС12 + 10 мас.% Н2О в изопропиловом спирте. Неподвижный электрод. Комнатная температура. Воздух. х: 10-4;10-3;10-2; 5.10-2; 5-10-1. 1- iэх; 2- iкор,общ; 3 - iпред; 4 - ( iкор,общ - i0)

48

Рис.7. а) Анодные поляризационные кривые на меди в растворах состава 5М НС1 + х М СuС12 + 10 мас.% Н2О в изопропиловом спирте. Неподвижный электрод. Комнатная температура. Воздух. х: 1-10-4; 2-10-3; 3-10-2; 4-5.10-2; 5-10-1.

б) Нахождение порядка реакции анодной ионизации по данным рис. 7а.

48

На рис. 7a приведены анодные поляризационные кривые в системе

5М НС1 + 10% Н2О + х М СuС12. Порядок реакции анодной ионизации меди

по Сu2+, определенный описанным выше методом, равен -1,4. Таким

образом, и в средах с содержанием воды в растворителе 10 мас %, очевидно,

увеличение скорости электрохимической коррозии с ростом Cu2+

обусловлено влиянием их на катодную реакцию (12).

В [] отмечается, что перемешивание раствора (до 2000 об/мин

вращающегося дискового электрода) в 1М изопропанольных растворах НС1 с

0,1М добавкой СuC12 повышает общие коррозионные потери почти на

порядок. Следовательно, в указанной среде процесс коррозии ограничен либо

диффузией реагентов к поверхности электрода, либо скоростью отвода

продуктов реакции. Причем диффузионные ограничения довольно легко

снимаются путем перемешивания раствора. Облегчение коррозионного

процесса меди в 5М растворе НС1 на основе смешанного растворителя, таким

образом, можно связать с повышением скорости диффузии. Коэффициент

диффузии (D) зависит, прежде всего, от температуры и вязкости среды, в

которой происходит перенос вещества []:

, (50)

где В - коэффициент пропорциональности, зависящий от природы

растворенного вещества; T - абсолютная температура;  - динамическая

вязкость раствора. Так как все испытания проводились при постоянной

температуре, то повышение скорости диффузии, предположительно, может

быть обусловлено снижением вязкости электролитных композиций на основе

смешанного растворителя по сравнению с безводными растворами. Поэтому во

48

всех исследуемых коррозионных средах была измерена кинематическая

вязкость (), которая связана с динамической соотношением [21]:

= . d , (51)

где d - плотность раствора.

Концетрационная зависимость кинематической и динамической

вязкостей от СuС12 показана на рис.8. Введение воды в растворитель в

количестве 10 мас.% оказывает весьма слабое влияние на значения  и .

Таким образом, изменение вязкости растворов при переходе от у.б. 5М

изопопанольных растворов НС1 с добавками СuС12 к аналогичным средам на

основе смешанного водно-спиртового растворителя в изученном интервале

концентраций CuC12 не может быть ответственным за увеличение скорости

коррозии меди в последних.

48

Рис.8. Влияние концентрации CuC12 и воды в растворителе на кинематическую (1) и динамическую (2) вязкости в 5М изопропанольных растворах НС1. Температура - 18 0С.

48

а - у.б. растворитель; б - 10 мас.% Н2О в растворителе.

ВЫВОДЫ:

Изучено влияние ионов Cu2+ на коррозию меди в у.б.

изопропанольных растворах состава 5М НС1 + х М СuС12 (х = 10-4

-10-1). Показано, что добавки СuC12 вызывают повышение iкор,общ,

iэх и iпред с порядками по Cu2+ 0,12; 0,12; и 0,20 соответственно.

Процесс анодной ионизации меди в указанных средах имеет

отрицательный порядок по Cu2+ (-0.46), что связано с их

ингибирующим действием на процесс анодной ионизации меди.

Исследовано влияние ионов Cu2+ на коррозионное и

электрохимическое поведение меди в растворах состава 5М НС1 + х М

СuС12 (х=10-4-10-1) в смешанном водно-спиртовом растворителе

(10% Н2О). Показано, что ионы Cu2+ в концентрации 10-4-10-1 моль/л

практически не оказывают влияния на предельный ток катодных

поляризационных кривых, на скорость электрохимической коррозии и

на общие коррозионные потери. В интервале CСuC12 10-2-10-1 моль/л

все указанные параметры резко возрастают с порядком, близким к 1.

Реакция анодной ионизации меди в средах на основе смешанного

растворителя имеет порядок по Cu2+ , равный -1,40.

48

Коррозия меди в 5М у.б. и обводненных изопропанольных растворах

НС1 с добавками CuС12 протекает не на предельном токе и не связана

с транспортными ограничениями окислителя-деполяризатора;

iкор,общ> iэх во всем исследованном интервале концентраций CuC12

и воды, что говорит о наличии неэлектрохимической составляющей

коррозии.

Ведение 10 мас.% Н2О в среды с содержанием CuC12 в количестве

10-4 - 10-2 моль/л вызывает небольшое снижение скорости коррозии в

5М изопропанольных растворах НС1, а в интервале СCu2+ 10-2-10-1

моль/л заметно стимулирует коррозию меди.

Определены кинематическая и динамическая вязкости всех изученных

составов. Показано, что с повышением концентрации CuC12 вязкость

растворов увеличивается; введение 10 мас.% Н2О в растворитель

практически не сказывается на величинах  и 

48

комментарии (0)
не были сделаны комментарии
Напиши ваш первый комментарий
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
Docsity не оптимизирован для браузера, который вы используете. Войдите с помощью Google Chrome, Firefox, Internet Explorer 9+ или Safari! Скачать Google Chrome