Механизм электрохимической коррозии. Коррозия металла в средах, имеющих ионную проводимость

Коррозия металла в средах, имеющих ионную проводимость, протекает через анодное окисление металла

М – ne Мⁿ⁺

и катодное восстановление окислителя (О_Х)

О_Х + ne Red.

Окислителями при коррозии служат молекулы кислорода О₂, хлора Cl₂, ионы Н⁺, Fe³⁺, NO^3- и др. Наиболее часто при коррозии наблюдается ионизация (восстановление) кислорода

в нейтральной или щелочной среде

О₂ + 2Н₂О +4е 4ОН;

в кислой среде

О₂ + 4Н⁺ + 4е 2Н₂О,

а также выделение водорода

2Н⁺ + 2е 2Н₂О.

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с поглощением кислорода или коррозией с кислородной деполяризацией (рис. 5.1). Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода или коррозией с водородной деполяризацией (рис. 5.2).

Рис. 5.1. Схема коррозии стали при Рис. 5.2. Схема коррозии стали в

контакте с поглощением кислорода растворе Н₂SO₄ с выделением

(атмосферная коррозия) водорода

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите. Помимо электрохимических реакций при коррозии обычно протекают вторичные химические реакции, например взаимодействие ионов металла с гидроксид-ионами, концентрация которых повышается в результате катодных реакций:

Мⁿ⁺ + nОН М(ОН)_n.

Процессы электрохимической коррозии подобны процессам, протекающим в гальванических элементах. Основным отличием процессов электрохимической коррозии от процессов в гальваническом элементе является отсутствие внешней цепи. Электроды в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а двигаются внутри металла. Химическая энергия реакции окисления металла передается не в виде работы, а лишь в виде теплоты.

Схема электрохимической коррозии железа в контакте с углеродом приведена на рис. 5.2. На анодных участках происходит реакция окисления железа

Fe – 2e Fe²⁺,

на катодных участках происходит восстановление водорода

2Н + 2е Н₂.

Причинами энергетической неоднородности поверхности металла и сплава могут быть неоднородность сплава по химическому и фазовому составам, наличие примесей в металле, пленок на его поверхности и т.д. В результате указанного на поверхности металла могут быть участки, на которых катодные процессы протекают быстрее (катализируются), чем на других участках, и их называют катодными. На других участках будет протекать в основном растворение металла, и их называют анодными. Катодные и анодные участки чередуются, имеют микроразмеры, и на поверхности, подвергшейся коррозии, их число огромно. В случае, если неоднородность металла невелика и отсутствуют участки, катализирующие катодные реакции, катодные и анодные процессы идут по всей поверхности металла, но значительно медленнее.