Чистая вода всегда вызывает коррозию железа, так как между ними нет области термодинамической устойчивости, но кинетика электрохимического процесса коррозии различна в зависимости от того, развивается этот процесс в присутствии кислорода или без него. В последнем случае коррозия вызывается водородом.
Электрохимические процессы
В процессе механизма электрохимической коррозии железа, если какой-либо металл погружен в раствор электролита, имеется тенденция к растворению его положительно заряженных ионов, в то время как сам металл приобретает отрицательный заряд. При этом образуется электрод, потенциал которого может быть определен по уравнению Нернста:
E = RT/nF * ln * P/p = RT / nF * ln * C/c
где n — валентность ионов рассматриваемого металла; Т — абсолютная температура; R — газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль*К); Р — давление, при котором растворяется металл; р — осмотическое давление раствора; с — активность ионов металла в растворе; С — константа, определяющая концентрацию ионов в металле; F — число Фарадея.
Шкала Нернста стандартных равновесных потенциалов по отношению к стандартному водородному электроду при 25 °С (металл погружен в стандартный раствор одной из его солей).
Металл | Электродные реакции | Равновесный потенциал, В |
Магний | Mg = Mg2+ + 2e- | —2,34 |
Бериллий | Ве = Ве2+ + 2е- | —1,70 |
Алюминий | А1 = А13+ + 3е- | —1,67 |
Марганец | Мп = Мп2+ + 2е- | —1,05 |
Цинк | Zn = Zn2+ + 2e- | —0,762 |
Хром | Сг = Сг3+ + Зе- | —0,71 |
Железо | Fe = Fe2+ + 2e- | —0,440 |
Никель | Ni = Ni2+ + 2e- | —0,250 |
Свинец | Pb = Pb2+ + 2e- | —0,126 |
Водород | Н2 = 2Н+ + 2e- | —0,000 (условно) |
Медь | Cu = Cu2+ + 2e- | +0,345 |
Cu = Cu+ + e- | +0,522 | |
Серебро | Ag = Ag+ + e- | +0,800 |
Платина | Pt = Pt2+ + 2e- | +1,2 (приблизительно) |
Золото | Au=Au3+ + 3e- | + 1,42 |
Au = Au+ + e- | + 1,68 |
Этот потенциал является стандартным для стандартного раствора данного иона; обозначив его как E0, можно записать общее уравнение, определяющее электродный потенциал металла при 25 °С:
E = E0 + 0,058/n* lg c
По аналогии потенциал стандартного водородного электрода может быть выражен следующим образом:
Ен = 0,058 lg [H+] = —0,058 pH.
На практике стандартные потенциалы могут быть измерены только по отношению к эталонному газовому электроду, называемому стандартным водородным электродом, значение которого принимается равным 0.
Поэтому для железа E=—0,44+0,029 lgFe2+.
В таблице выше приведена классификация металлов по их потенциалу, который положителен для благородных, а для обычных металлов отрицателен. Указанные потенциалы определены теоретически; измеренные потенциалы могут существенно отличаться от теоретических в зависимости от качества металла и особенно от характера электродных процессов. Например, кроме описанного растворения металла на участках металла с более высоким потенциалом протекает сопряженный процесс. Благодаря этому устанавливается разность потенциалов и образуется электрический ток, который способствует растворению металла электрода или коррозии.
Процесс протекает по-разному в присутствии или отсутствии кислорода.
Электрохимическая коррозия влияет также и на механизмы, с которыми контактирует вода. К таким механизмам, прежде всего, относятся насосы. Насосы, как и другие агрегаты подвергающиеся коррозии следует периодически ремонтировать, поэтому при их выборе следует обращать внимание и на ремонтопригодность. Отличительной особенностью шиберных насосов является их хорошая ремонтопригодность.