Διάβρωση και Προστασία. Εαρινό εξάμηνο Ακ. Έτους Μάθημα 1ο

Transcript

1 Διάβρωση και Προστασία Εαρινό εξάμηνο Ακ. Έτους Μάθημα 1ο

2 Και όχι μόνο σωληνώσεις, συστήματα άρδευσης, εναλλάκτες κλπ κλπ. 28 February 2018 Διάβρωση και Προστασία 2

3 Ως Διάβρωση, είναι δυνατόν να ορισθεί η διεργασία καταστροφής ενός μετάλλου, λόγω της επαφής του με το περιβάλλον. Η διάβρωση, είναι φυσικό φαινόμενο, το οποίο δεν πρέπει να μας κάνει πολύ εντύπωση, αλλά θα πρέπει να το θεωρούμε ως κάτι αναμενόμενο. Τα μέταλλα, είναι υλικά υψηλής ενέργειας, στα οποία κατά την παρασκευή τους (χαλυβουργία) έχουν προσφερθεί μεγάλα ποσά ενέργειας. Η φύση, μέσω της επαφής με το περιβάλλον, προσβάλλει συνεχώς τα υλικά αυτά υψηλής ενέργειας και τα αποσυνθέτει στα στοιχεία από τα οποία προήλθαν. 28 February 2018 Διάβρωση και Προστασία 3

4 28 February 2018 Διάβρωση και Προστασία 4

5 Ηλεκτροχημεία και οξειδοαναγωγή Οξείδωση-Αναγωγή: Οξειδοαναγωγή Ηλεκτροχημεία: Μελέτη της ανταλλαγής έργου μεταξύ χημικού και ηλεκτρικού έργου Ηλεκτροχημικά στοιχεία (κελλία): Συστήματα τα οποία χρησιμοποιούν οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις για την παραγωγή ή τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας

6 Ανασκόπηση Οξειδοαναγωγής Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής: μεταφοράς ηλεκτρικού φορτίου Αντιδράσεις Οξείδωση:Απώλεια 1 ή και περισσοτέρων e - Αναγωγή:Πρόσληψη 1 ή και περισσοτέρων e - Αριθμοί οξείδωσης :Φανταστικά φορτία (για την ισοστάθμιση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής)

7 Υπολογισμός αριθμών οξείδωσης Στις ιοντικές ενώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης υπολογίζονται με βάση τα αναμενόμενα φορτία από τον Περιοδικό Πίνακα.

8 Υπολογισμός αριθμών οξείδωσης Στις ιοντικές ενώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης υπολογίζονται με βάση τα αναμενόμενα φορτία από τον Περιοδικό Πίνακα. Μέταλλα αλκαλίων = +1

9 Υπολογισμός αριθμών οξείδωσης Στις ιοντικές ενώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης υπολογίζονται με βάση τα αναμενόμενα φορτία από τον Περιοδικό Πίνακα. Μέταλλα αλκαλικών γαιών = +2

10 Υπολογισμός αριθμών οξείδωσης Στις ιοντικές ενώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης υπολογίζονται με βάση τα αναμενόμενα φορτία από τον Περιοδικό Πίνακα. Ομάδα 13 του Βορίου = +3

11 Υπολογισμός αριθμών οξείδωσης Στις ιοντικές ενώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης υπολογίζονται με βάση τα αναμενόμενα φορτία από τον Περιοδικό Πίνακα. Ομάδα 15 Αμέταλλα = -3

12 Υπολογισμός αριθμών οξείδωσης Στις ιοντικές ενώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης υπολογίζονται με βάση τα αναμενόμενα φορτία από τον Περιοδικό Πίνακα. Ομάδα 16 Αμέταλλα = -2

13 Υπολογισμός αριθμών οξείδωσης Στις ιοντικές ενώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης υπολογίζονται με βάση τα αναμενόμενα φορτία από τον Περιοδικό Πίνακα. Αλογόνα = -1

14 Κανόνες για τους ΑΟ 1. Οι ΑΟ για τα στοιχεία είναι μηδέν. N 2, O 2, Na(s), Co(s), He (g) 2. Για τα μονατομικά ιόντα ο ΑΟ είναι ο αυτός με το φορτίο τους Ομάδα IA = +1 Al 3+, Zn 2+, Cd 2+, Ag + Ομάδα IIA = Ο ΑΟ του οξυγόνου στις περισσότερες των ενώσεών του O 2 - είναι 2. Εξαιρέσεις:H 2 O 2, (υπεροξείδια) 1 4. Ο ΑΟ του υδρογόνου είναι +1 Εξαιρέσεις: Ενώσεις του με μέταλλα, LiH 5. Φθόριο, F, πάντοτε 1. Λοιπά αλογόνα ΑΟ 1. Εξαιρέσεις: Στους δεσμούς με Ο είναι θετικοί

15 Παράδειγμα: Ιοντικές ενώσεις +1-2 Na2O

16 Παράδειγμα: Ιοντικές ενώσεις Από τον ΠΠ δεν μπορούμε να γνωρίζουμε τον ΑΟ του σιδήρου, επειδή είναι στοιχείο μετάπτωσης.?? -2 Fe2O3

17 Παράδειγμα: Ιοντικές ενώσεις +3-2 Fe2O3 Επειδή η ένωση είναι ηλεκτρικά ουδέτερη το άθροισμα των ΑΟ των επιμέρους στοιχείων θα πρέπει να αθροίζεται στο 0. Οπότε, ο Fe έχει ΑΟ +3 στην ένωση αυτή.

18 Παράδειγμα: Ιοντικές ενώσεις Άγνωστος ο ΑΟ του χρωμίου το οποίο είναι στοιχείο μετάπτωσης.?? -2 Cr2O7 2-

19 Επειδή το ανιόν αυτό έχει φορτίο -2, το άθροισμα των ΑΟ πρέπει να είναι -2. οπότε, ο ΑΟ του Cr είναι Cr2O7 2-

20 Ομοιοπολικού (κυρίως)χαρακτήρα ενώσεις Ενώσεις δύο αμετάλλων οι ΑΟ των οποίων σύμφωνα με τον ΠΠ περιμένουμε να είναι αρνητικοί

21 Ομοιοπολικού (κυρίως)χαρακτήρα ενώσεις Επειδή όμως οι ομοιοπολικές ενώσεις είναι ουδέτερες ηλεκτρικά δεν είναι δυαντόν καθένα από τα στοιχεία τους να διατηρεί τον αρνητικό ΑΟ του

22 Ομοιοπολικού (κυρίως)χαρακτήρα ενώσεις ΜΟΝΟ ΤΟ ΠΛΕΟΝ ΗΛΕΚΤΡΑΡΝΗΤΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ διατηρεί τον αρνητικό του ΑΟ. Τα λοιπά αμέαλλα στοιχεία θα πρέπει να ρυθμισθούν έτσι ώστε η ένωση να είναι ουδέτερη (φορτίο 0)

23 Ομοιοπολικού (κυρίως)χαρακτήρα ενώσεις Παράδειγμα -2 SO 2 Το Ο είναι το πλέον ηλεκτραρνητικό, και συνεπώς θα έχει τον κανονικό του ΑΟ.

24 +4-2 SO 2 Η ένωση είναι ηλεκτρικά ουδέτερη άρα ο ΑΟ του θείου θα π ρεπει να είναι τέτοιος ώστε να αντισταθμίζονται τα δύο άτομα του Ο.

25 Ομοιοπολικού (κυρίως)χαρακτήρα ενώσεις Παράδειγμα -1 OF 2 Το φθόριο είναι το πλέον ηλεκτραρνητικό άτομο και άρα διατηρεί τον ΑΟ του

26 +2-1 OF 2 Η ένωση είναι ουδέτερη, οπότε ο ΑΟ του Ο θα πρέπει να είναι τέτοιος ώστε να αντισταθμίζεται η παρουσία των δύο ατόμων Ο.

27 Παράδειγμα -2 PO 4 3- Το Ο είναι το πιο ηλεκτραρνητικό, θα έχει κατά συνέπεια τον συνήθη του ΑΟ.

28 +5-2 PO 4 3- Το ιόν έχει φορτιο -3, και κατά συνέπεια οι ΑΟ πρέπει να είναι τέτοιοι ώστε το άθροισμά τους να είναι -3.

29 Ιοντικές ενώσεις με πολυατομικά ιόντα Παράδειγμα +2 CaSO 4 Ιοντική ένωση, οπότε το φορτίο του μετάλλου είναι και ο ΑΟ του

30 +2 CaSO 4 Το ανιόν είναι πολυατομικό με φορτίο (θειϊκό ανιόν), -2. άρα οι ΑΟ θείου κι οξυγόνου θα πρέπει να αθροίζονται στο -2

31 +2-2 CaSO 4 Το Ο είναι το πλέον ηλεκτραρνητικό και άρα διατηρεί τον ΑΟ του

32 CaSO 4 Οι ΑΟ για το θείο και τα 4 άτομα Ο θα πρέπει να δίνουν άθροισμα -2 (το φορτίο του θειϊκού ανιόντος).

33 Παράδειγμα Pb(OH) 4 Ιοντική ένωση, το φορτίο του μεταλλοκατιόντος είναι και ο ΑΟ του. Επειδή ωστόσο είναι στοιχείο με μεταβλητό σθένος δεν γνωρίζουμε τον ΑΟ του από τον ΠΠ.

34 +4 Pb(OH) 4 Το ανιόν του υδροξυλίου έχει φορτίο -1. και τα 4 ΟΗ είναι αρνητικά (-1), και επειδή η ένωση είναι ηλεκτρικά ουδέτερη θα πρέπει το κατιόν του μολύβδου να έχει ΑΟ που να τα αντισταθμίζει.

35 +4-2 Pb(OH) 4 Στο ανιόν, το οξυγόνο είναι το πλέον ηλεκτραρνητικό από τα δύο άτομα και επομένως διατηρεί τον ΑΟ του.

36 Pb(OH) 4 Στο ανιόν του υδροξυλίου το άθροισμα των ΑΟ, Ο και Η πρέπει να είναι -1

37 Η οξείδωση του σιδήρου: Τα δύο αντιδρώντα Fe και Ο 2 είναι στοιχεία και άρα έχουν αριθμό οξείδωσης 0. Ωστόσο στα προϊόντα, το οξυγόνο έχει αριθμό οξείδωσης -2 και ο Fe +3. Ο σίδηρος έχασε τρία ηλεκτρόνια και από ΑΟ 0 πήγε σε ΑΟ +3 (απώλεια ηλεκτρονίων). Για το O η μεταβολή του ΑΟ είναι από 0 σε -2 (πρόσληψη ηλεκτρονίων, αναγωγή). Ο ολικός αριθμός των ηλεκτρονίων που αποδίδονται κατά την οξείδωση του ενός ατόμου (4 άτομα Fe x 3 =12) είναι ο αυτός αριθμός των ηλεκτρονίων που προσλαμβάνονται από ένα άλλο (το οξυγόνο) το οποίο και ανάγεται (6 O x 2 ηλεκτρόνια/o = 12 ηλεκτρόνια).

38 Αντιδράσεις Οξειδοαναγωγής Παρόμοια είναι και η ανάλυση της παραγωγής σιδήρου από σιδηρομεταλλεύματα. Τα άτομα σιδήρου ανάγονται, επειδή μεταβαίνουν από ΑΟ +3 στα αντιδρώντα (Fe 2 O 3 ) σε 0 στο προϊόν (Fe). Ταυτόχρονα, τα ανθρακοάτομα οξειδώνονται επειδή ο ΑΟ του C, στα αντιδρώντα μεταβαίνει από 0 σε +4 στα προϊόντα (CO 2 ). Τα άτομα οξυγόνου δεν υφίστανται μεταβολή του ΑΟ τους επειδή και στα αντιδρώντα και στα προϊόντα ο ΑΟ τους είναι -2. Ο ολικός αριθμός e που δίδεται από τα άτομα που οξειδώνονται ( 3 C x 4 e/c = 12 e) είναι ίσος με το αριθμό των e που προσλαμβάνονται από τα άτομα που ανάγονται ( (4 Fe x 3 e/fe = 12 e).

39 Οξειδωτικά:Αυτά που προκαλούν οξείδωση, κερδίζουν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια,ανάγονται, ο ΑΟ του στοιχείου μειώνεται Αναγωγικά:προκαλούν αναγωγή, χάνουν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια, οξειδώνονται, ο ΑΟ του στοιχείου αυξάνεται Οξειδωτικά Πρόσληψη ηλεκτρονίων Αναγωγικά στοιχεία Απώλεια ηλεκτρονίων

40 Η σειρά δραστικότητας των στοιχείων Mg(s) + 2H + (aq) Mg 2+ (aq) + H 2 (g)

41 Ισχυρώς αναγωγικό Οξείδωση Αναγωγή Οποιοδήποτε στοιχείο είναι ψηλότερα στη σειρά δραστικότητας, ανάγει τα ιόντα των στοιχείων που βρίσκονται χαμηλότερα από αυτό Επειδή ο χαλκός είναι πάνω από τον άργυρο, π.χ., ο χαλκός μπορεί να δώσει ηλεκτρόνια στον άργυρο: ασθενώς αναγωγικό

42 Η σειρά δραστικότητας των μετάλλων Η θέση του υδρογόνου ιδιαίτερα σημαντική Δείχνει την τάση των μετάλλων να αντιδρούν με υδατικά όξινα διαλύματα με παραγωγή Η 2 Τα μέταλλα στην κορυφή του πίνακα (αλκάλια, ΙΑ) και οι αλκαλικές γαίες (ΙΙΑ) αντιδρούν ακόμα και πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις Η + (καθαρό νερό)

43 Δραστικότερα μέταλλα Λιγότερο δραστικά μέταλλα

44 Εύρεση συντελεστών σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής Υπολογισμός ΑΟ για όλα τα άτομα

45 Αύξηση Αριθμού οξείδωσης Καθαρή αύξηση +2 Μείωση Αριθμού οξείδωσης Καθαρή μείωση -5 Πολλαπλασιάζουμε επί τους συντελεστές αυτούς έτσι ώστε να εξισωθούν η ολική αύξηση του ΑΟ με την ολική του μείωση

46 Και επειδή η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε όξινο υδατικό διάλυμα Προσθήκη Η+ για την αντιστάθμιση των ατόμων Η Πρώτα προστίθενται τα μόρια αυτά του νερού για να αντισταθμίσουν τα άτομα Ο

47 Σύνοψη Γραφή της ιοντικής αντίδρασης χωρίς αντιστάθμιση των συντελεστών Αντιστάθμιση των συντελεστών για όλα τα στοιχεία πλην των Ο και Η Απόδοση αριθμών οξείδωσης σε όλα τα άτομα Εντοπισμός των ατόμων των οποίων οι ΑΟ μετεβλήθησαν και υπολογισμός της μεταβολής Εξίσωση της ολικής αύξησης του ΑΟ του ατόμου το οποίο οξειδώνεται με την ολική μείωση του ΑΟ του ατόμου που ανάγεται

48 Αντιστάθμιση για το Ο προσθέτοντας μόρια νερού στην πλευρά της αντίδρασης με τα λιγότερα άτομα Ο και στην συνέχεια αντιστάθμιση του Η με την προσθήκη Η+ στην πλευρά με τα λιγότερα Η Ελέγχετε την απάντησή σας για το κατά πόσον η αντίδραση είναι ισοσταθμισμένη τόσο ως προς τον αριθμό των ατόμων όσο και ως προς τα φορτία

49 Παράδειγμα Πορφυρό υδατικό διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου (KMnO 4 ) αντιδρά με υδατικό διάλυμα θειώδους νατρίου (Na 2 SO 3 ) σε βασικό διάλυμα και δίδει πράσινα μαγγανικά ιόντα (MnO 4- ) και θειϊκά ανιόντα. Γράψτε την χημική αντίδραση που λαμβάνει χώρα

50 Χωρίς αντιστάθμιση Βήματα 1 και 2: Η (ιοντική) αντίδραση είναι ισοσταθμισμένη για όλα τα άτομα πλην Η και Ο Βήμα 3: Απόδοση ΑΟ σε όλα τα άτομα Βήμα 4: Κοιτάζουμε ποιά άτομα άλλαξαν ΑΟ και πόση ήταν η αλλαγή αυτή: Το Mn από =7 σε +6, μεταβολή κατά +1 (κέρδος ενός ηλεκτρονίου). Το S οξειδώθηκε από +4 σε +6 (απώλεια δύο ηλεκτρονίων)

51 Βήμα 5: S από +4 σε +6 Κέρδος +2 e Mn από +7 σε +6, Μείωση -1 e Επιλέγονται συντελεστές έτσι ώστε το κέρδος να αντισταθμίζει την απώλεια

52 Βήμα 6: Αντισταθμίζουμε για το Ο προσθέτοντας μόριο νερού αριστερά (μικρότερος αριθμός ατόμων Ο). Αντιστάθμιση Η με προσθήκη 2Η + στο δεξιό μέρος Παρόλο που όλοι οι συντελεστές δείχνουν ότι η αντίδραση είναι ισοσταθμισμένη, δεν είναι απόλυτα σωστή, διότι σύμφωνα και με την εκφώνηση, η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε αλκαλικό περιβάλλον. Η παραπάνω αντίδραση ωστόσο παραπέμπει σε όξινο περιβάλλον. Διόρθωση μπορεί να γίνει με την προσθήκη 2 ΟΗ - και στα δύο μέλη

53 τελικά μεταβολή μεταβολή

54 Αντιστάθμιση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής Η μέθοδος των ημι-αντιδράσεων Κλειδί: Μια αντίδραση οξειδο-αναγωγής μπορεί πάντοτε να αναλυθεί σε δύο επιμέρους αντιδράσεις (οξείδωση-αναγωγή) Υδατικό διάλυμα διχρωμικού καλίου με διάλυμα χλωριούχου νατρίου Διαπιστώνουμε ποιά άτομα οξειδώνονται και ποιά ανάγονται Cl οξειδώνεται από -1 σε 0 Το Cr ανάγεται από +6 σε +3

55 Προσθήκη νερού στην πλευρά που υπάρχουν λιγότερα άτομα Ο, και για το Η προσθέτοντας Η+ στην πλευρά με λιγότερα άτομα Η Η αντίδραση οξείδωσης δεν έχει Ο αλλά η αντίδραση της αναγωγής έχει. Προστίθενται αριστερά 7 μόρια νερού και δεξιά 14 Η+

56 Οι ημιαντιδράσεις αντισταθμίζονται για το φορτίο με την προσθήκη ηλεκτρονίων

57 Εξίσωση μεταξύ φορτίων με πολλαπλασιασμό επί κατάλληλους συντελεστές έτσι ώστε ο αριθμός των ηλεκτρονίων που χάνονται κατά την οξείδωση, να είναι ο αυτός με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που κερδίζονται κατά την αναγωγή

58 Αντιστάθμιση με την μέθοδο των ημιαντιδράσεων I. Γραφή της ιοντικής αντίδρασης χωρίς συντελεστές II. Ταυτοποιούμε τα άτομα που οξειδώνονται και τα άτομα που ανάγονται και γράφονται οι επιμέρους αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής III. Αντισταθμίζονται όλα τα άτομα στις ημιαντιδράσεις πλην των ατόμων Ο και Η IV. Αντισταθμίζονται οι ημιαντιδράσεις για τα άτομα του Ο προσθέτοντας μόριο νερού στο μέρος της αντίδρασης με τα λιγότερα άτομα Ο. Τα άτομα Η αντισταθμίζονται με την προσθήκη Η+ στην πλευρά με τα λιγότερα άτομα Η

59 V. Κάθε μία από τις ημι-αντιδράσεις αντισταθμίζεται ως προς το φορτίο με την προσθήκη ηλεκτρονίων στην πλευρά που έχει περισσότερο θετικό φορτίο και στην συνέχεια πολλαπλασιάζουμε επί τους κατάλληλους συντελεστές, έτσι ώστε ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις δύο ημι-αντιδράσεις να είναι ο αυτός VI. Προσθέτουμε τις δύο ημι-αντιδράσεις κατά μέλη με απαλοιφή των ηλεκτρονίων ή των ειδών που εμφανίζονται και στα δύο μέλη της αντίδρασης VII.Τελικός έλεγχος για ισοστάθμιση τόσο των ατόμων όσο και των φορτίων

60 Οξειδοαναγωγή Οξείδωση απώλεια e - Προκαλεί αναγωγή αναγωγικός παράγων ή μέσο Αναγωγή πρόσληψη e - προκαλεί οξείδωση οξειδωτικός παράγων ή μέσο

61 Ορολογία Οξειδοαναγωγής ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ Οξείδωση: Ένα από τα αντιδρώντα χάνει ηλεκτρόνια και οξειδώνεται Ο αριθμός οξείδωσης αυξάνεται Αναγωγή: Ένα από τα αντιδρώντα προσλαμβάνει ηλεκτρόνια και ανάγεται Ο αριθμός οξείδωσης μειώνεται Ο ψευδάργυρος χάνει ηλεκτρόνια, είναι το αναγωγικό μέσα και οξειδώνεται. Ο ΑΟ του ψευδαργύρου αυξάνεται από 0 σε +2 Το ιόν του Η + κερδίζει ηλεκτρόνια και είναι το οξειδωτικό μέσο. Ο ΑΟ του Η + μειώνεται από +1 σε 0

62 Είδη στοιχείων Στοιχεία Volta (γαλβανικά): Δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας με αυθόρμητη αντίδραση Ηλεκτρολυτικά στοιχεία: Απορροφούν ελεύθερη ενέργεια από πηγή ενέργειας προκειμένου να εκτελέσουν μια μη αυθόρμητη αντίδραση.

63 Μέρη των στοιχείων Ηλεκτρόδια: Αγωγή ηλεκτρικού ρεύματος μεταξύ του στοιχείου και του περιβάλλοντός του Ηλεκτρολύτης: Μίγμα ιόντων τα οποία λαμβάνουν μέρος στην αντίδραση ή χρησιμεύουν για την αγωγή του ηλεκτρικού ρεύματος Γέφυρα άλατος: Συμπλήρωση του κυκλώματος (εξασφαλίζει το ισοζύγιο φορτίου)

64 Τα ηλεκτρόδια Άνοδος:Το ηλεκτρόδιο στο οποίο λαμβάνει χώρα οξείδωση Κάθοδος:Το ηλεκτρόδιο στο οποίο γίνεται η αναγωγή Ενεργά ηλεκτρόδια: συμμετέχουν στην οξειδοαναγωγή Αδρανή: Παρέχουν κέντρα στα οποία λαμβάνει χώρα οξείδωση ή αναγωγή

65 Υπόβαθρο γνώσεων Ηλεκτροχημείας: Για τα μεταλλικά στοιχεία, η διάβρωση είναι κατά κανόνα ηλεκτροχημική, δηλαδή είναι χημική αντίδραση κατά την οποία λαμβάνει χώρα μεταφορά ηλεκτρονίων από ένα χημικό είδος σε ένα άλλο. Τα άτομα των μετάλλων, είναι δυνατόν να χάνουν ή να δίνουν ηλεκτρόνια σε αντιδράσεις, οι οποίες ορίζονται ως αντιδράσεις οξείδωσης. Η θέση στην οποία λαμβάνει χώρα η οξείδωση, ονομάζεται άνοδος. Η οξείδωση, μερικές φορές αναφέρεται και ως ανοδική αντίδραση. Τα ηλεκτρόνια, τα οποία παράγονται από τα μέταλλα, τα οποία οξειδώνονται πρέπει να μεταφερθούν και να αποτελέσουν συστατικά, άλλου χημικού είδους με αντίδραση αναγωγής. Η θέση στην οποία λαμβάνει χώρα η αναγωγή ορίζεται ως κάθοδος. Στοιχείο διάβρωσης : Προκειμένου να λάβει χώρα μια αντίδραση διάβρωσης, απαιτείται πληροφορία σχετικά με το στοιχείο διάβρωσης. Ένα στοιχείο διάβρωσης αποτελείται από τέσσερα μέρη. 1 ) Άνοδος. 2 ) Κάθοδος. 3 ) Ηλεκτρολύτης & 4 ) Μεταλλική αγωγή των ηλεκτρονίων.

66 Άνοδος (-ve του στοιχείου): Ένα από τα δύο διαφορετικά μεταλλικά ηλεκτρόδια σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Στην άνοδο, η οποία είναι και το δραστικότερο μέταλλο, απελευθερώνονται ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια μετακινούνται προς την κάθοδο μέσω σύρματος. Κάθοδος ( +ve του στοιχείου) :Το άλλο ηλεκτρόδιο του ηλεκτρολυτικού στοιχείου. ηλεκτρονίων. Λαμβάνει χώρα η αναγωγή-κατανάλωση Ηλεκτρολύτης ( π.χ. διάλυμα άλατος) : το ηλεκτρικώς αγώγιμο διάλυμα, το οποίο είναι αναγκαίο για να λάβει χώρα η διάβρωση. Θετικό ρεύμα διέρχεται από την άνοδο προς την κάθοδο δια του ηλεκτρολύτη με τη μορφή κατιόντων. Μεταλλικός δρόμος: Τα δύο ηλεκτρόδια, συνδέονται εξωτερικά με μεταλλικό αγωγό. Ροή ηλεκτρικού ρεύματος (δηλαδή ηλεκτρονίων) από το ( - e ) στο ( +e ). Ροή ρεύματος: Κατά σύμβαση, η ροή ρεύματος, είναι από την άνοδο ( - ) στην κάθοδο ( + ) ως ιόντα Zn++ δια του διαλύματος. Το κύκλωμα συμπληρώνεται με τη μετάβαση των ηλεκτρονίων από την άνοδο προς την κάθοδο δια του σύρματος ( εξωτερικό ρεύμα). Ροή ηλεκτρονίων: Το κύκλωμα ολοκληρώνεται με τα αρνητικά ιόντα (-) τα οποία μεταφέρονται από την κάθοδο (+), δια του ηλεκτρολύτου, προς την άνοδο (-).

67 28 February 2018 Διάβρωση και Προστασία 67

68 Παράδειγμα : Στο ξηρό στοιχείο Το περίβλημα ψευδαργύρου λειτουργεί ως άνοδος. Το ηλεκτρόδιο του άνθρακα είναι η κάθοδος. Χλωριούχο αμμώνιο, με υγρασία είναι ο ηλεκτρολύτης. π.χ. Ιόντα Zn διαλύονται από την άνοδο και μεταφέρουν το θετικό φορτίο μέσω του ηλεκτρολύτη.

69 Ανοδικές και Καθοδικές Αντιδράσεις Χαρακτηριστικά ανοδικών αντιδράσεων: Οξείδωση μετάλλου με σχηματισμό κατιόντων Απελευθέρωση ηλεκτρονίων Μετατροπή σε ανώτερη οξειδωτική κατάσταση Στα περισσότερα μέταλλα και στα κράματα, η αντίδραση της οξείδωσης αντιστοιχεί στη διάβρωση. Αν παύσει η οξείδωση, δεν υφίσταται διάβρωση.

70 28 February 2018 Διάβρωση και Προστασία 70

71 Χαρακτηριστικά γνωρίσματα καθοδικών αντιδράσεων: Οι διεργασίες αναγωγής, οι οποίες λαμβάνουν χώρα στην κάθοδο, αντιπροσωπεύουν την προστασία. Ηλεκτρόνια, τα οποία απελευθερώνονται από τις αντιδράσεις οξείδωσης, καταναλώνονται στην επιφάνεια της καθόδου. Αντίθετα με ότι συμβαίνει στις ανοδικές αντιδράσεις, υπάρχει μείωση της οξειδωτικής κατάστασης. Είδη στοιχείων Διάβρωσης: Γαλβανικά Στοιχεία Στοιχεία Συγκέντρωσης Ηλεκτρολυτικά Στοιχεία Στοιχεία Διαφορικής Θερμοκρασίας

72 Στοιχεία Volta (Γαλβανικά) στοιχεία Διατάξεις στις οποίες η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Κάνουν χρήση αυθόρμητων αντιδράσεων.

73 17_360 e e e Oxidation Οξείδωση Πορώδες Porous διάφραγμα disk Reduction Αναγωγή e e Reducing Αναγωγικό agent μέσο Οξειδωτικό Oxidizing μέσο agent e (α) (a) Άνοδος Anode (b) (β) Cathode Κάθοδος

74 Αυθόρμητη αντίδραση μεταξύ Zn και Cu2+

75 Γαλβανικό στοιχείο αντίδρασης Ψευδαργύρου- Χαλκού

76 Γαλβανικό στοιχείο με αδρανή ηλεκτρόδια

77 Zn 2+ (aq) + Cu (s) Cu 2+ (aq) + Zn (s) Zn δίνει ηλεκτρόνια στον Cu ασκεί περισσότερο έλεγχο στα e - Μεγαλύτερη δυναμική ενέργεια υψηλότερο ηλεκτρικό δυναμικό Αυθόρμητη αντίδραση λόγω της σχετικής διαφοράς της τάσης των δύο μετάλλων στο να δώσουν ηλεκτρόνια δυνατότητα ροής των e -

78 (1) Γαλβανικά Στοιχεία: Το γαλβανικό στοιχείο έχει άνοδο και κάθοδο, οι οποίες είναι διαφορετικά μέταλλα σε έναν ηλεκτρολύτη, ή το ίδιο μέταλλο σε διαφορετικές συνθήκες σε ένα κοινό ηλεκτρολύτη. (2) Στοιχεία συγκέντρωσης: Παρόμοια με τα γαλβανικά στοιχεία, εκτός του ότι, η κάθοδος και η άνοδος, αποτελούνται από το ίδιο μέταλλο σε ετερογενή ηλεκτρολύτη. Π.χ. Ένας σωλήνας στο έδαφος. Τα στοιχεία συγκέντρωσης σχηματίζονται σε : i. Μεταβολές της συγκέντρωσης του οξυγόνου στο έδαφος. ii. Διαφορές στην υγρασία σε διάφορα στρώματα ή μέρη του εδάφους. iii. Διαφορές της σύστασης του εδάφους.

79 Τα στοιχεία συγκέντρωσης, παρατηρούνται συνήθως σε υπόγειες κατασκευές, οι οποίες διαβρώνονται, όπως οι υπόγειοι σωλήνες ή δεξαμενές. Υπάρχουν τρεις γενικά κατηγορίες στοιχείων συγκέντρωσης στη διάβρωση: 1) Στοιχεία συγκέντρωσης μεταλλοϊόντων Παρουσία νερού, ευνοείται η δημιουργία υψηλής συγκέντρωσης μεταλλοϊόντων σε συγκολλημένες επιφάνειες και χαμηλές στις κοιλότητες οι οποίες δημιουργούνται κατά τη συγκόλληση επιφανειών. Μεταξύ των δύο σημείων, υφίσταται ηλεκτρικό δυναμικό. Η επιφάνεια του μετάλλου, η οποία είναι σε επαφή με τη χαμηλή συγκέντρωση των ιόντων θα είναι καθοδική και θα προστατευθεί και η επιφάνεια, σε επαφή με την υψηλή συγκέντρωση θα είναι ανοδική και θα διαβρωθεί.

80 2)Στοιχεία συγκέντρωσης οξυγόνου Τα υδατικά διαλύματα, τα οποία έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια των μετάλλων, περιέχουν διαλυμένο οξυγόνο. Στοιχεία οξυγόνου αναπτύσσονται στα σημεία στα οποία το οξυγόνο του αέρα, δεν είναι δυνατόν να μεταφερθεί με διάχυση με ομοιόμορφο τρόπο στο διάλυμα, γεγονός το οποίο έχει ως συνέπεια τη δημιουργία διαφοράς συγκεντρώσεως του οξυγόνου, σε δύο διαφορετικά σημεία. Η διάβρωση, θα λάβει χώρα στην περιοχή με τη χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου (άνοδος). 3)Ενεργά-Παθητικά στοιχεία Μέταλλα τα οποία εξαρτώνται για την προστασία τους από τη διάβρωση, από επικαλύψεις με υμένια (κατά κανόνα οξειδίων) με ισχυρή πρόσφυση στην επιφάνειά όπως π.χ. ωστενιτικός χάλυβας, με αντοχή στη διάβρωση είναι δυνατό να διαβρωθεί παρουσία ενεργών-παθητικών στοιχείων. Η διαβρωτική δράση, ξεκινά κατά κανόνα στο στοιχείο συγκέντρωσης του οξυγόνου. Π.χ. εναποθέσεις αλάτων σε μεταλλικές επιφάνειες παρουσία νερού, το οποίο περιέχει οξυγόνο, μπορεί να δημιουργήσουν στοιχεία οξυγόνου. Η ανισότητα των συγκεντρώσεων των διαλυμένων ιόντων, αποτελεί την αιτία δημιουργίας διαφοράς δυναμικού, έτσι ώστε η άνοδος βρίσκεται στην περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης και η κάθοδος στην περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης n.