GALVANIC CORROSION: MGA MEKANISMO, HALIMBAWA, PROTEKSYON - CHEMISTRY - 2025

Ang galvanic o electrochemical corrosion ay isang proseso kung saan ang isang metal o haluang metal ay nagpapabagal nang mas matagal kumpara sa maginoo oksihenasyon. Masasabi na ito ay isang pinabilis na oksihenasyon, at kahit na, sinasadya na na-promote; tulad ng nangyayari sa mga cell o baterya.

Nangyayari ito sa ilalim ng isang bilang ng mga kondisyon. Una, dapat mayroong isang aktibong metal, na tinatawag na anode. Gayundin, at pangalawa, dapat mayroong isang mababang-reaktibong marangal na metal na tinatawag na katod. Ang pangatlo at ika-apat na kondisyon ay ang pagkakaroon ng isang daluyan kung saan ang mga elektron ay nagpapalaganap, tulad ng tubig, at ng mga species ng ionic o electrolyte.

Rusty iron crown. Pinagmulan: Pixnio.

Ang galvanic corrosion ay lalo na napapansin sa mga kapaligiran sa dagat o sa mga baybayin ng mga beach. Ang mga alon ng hangin ay nagtataas ng masa ng singaw ng tubig, na kung saan ay nagdadala ng ilang mga ions; ang huli ay nagtatapos sa pagsunod sa isang manipis na layer ng tubig o patak na natitira sa ibabaw ng metal.

Ang mga kondisyon ng kahalumigmigan at kaasinan ay pinapaboran ang kaagnasan ng metal. Iyon ay, isang putong putong tulad ng isa sa imahe sa itaas ay mas mabilis na kalawang kung nakalantad sa paligid ng dagat.

Ang kadalian ng isang metal ay kailangang mag-oxidize kumpara sa isa pang maaaring masukat ng dami sa pamamagitan ng mga potensyal na pagbawas; Ang mga talahanayan na may mga potensyal na ito ay dumadami sa mga libro ng kimika.Kung mas negatibo ka, mas malaki ang iyong pagkahilig sa kalawang.

Gayundin, kung ang metal na ito ay nasa piling ng isa pang may positibong potensyal na pagbabawas, sa gayon pagkakaroon ng isang malaking ΔE, ang pagkakatatag ng reaktibo na metal ay magiging mas agresibo. Ang iba pang mga kadahilanan, tulad ng pH, lakas ng ionik, kahalumigmigan, ang pagkakaroon ng oxygen, at ang ugnayan sa pagitan ng mga lugar ng metal na na-oxidized at na nabawasan, ay mahalaga rin.

Mga mekanismo

Mga konsepto at reaksyon

Bago matugunan ang mga mekanismo sa likod ng kaagnasan ng galvanic, dapat na linawin ang ilang mga konsepto.

Sa isang reaksyon ng redox, ang isang species ay nawawala ang mga electron (na-oxidize) habang ang isa pang nakakuha sa kanila (binabawasan). Ang elektrod na kung saan nangyayari ang oksihenasyon ay tinatawag na anode; at kung saan nangyayari ang pagbawas, ang katod (sa wikang Ingles ang mnemonic rule redcat ay karaniwang ginagamit upang matandaan ito).

Kaya, para sa isang elektrod (isang piraso, tornilyo, atbp.) Ng isang metal M, kung ito ay nag-oxidize, sinasabing ang anode:

M => M ^{n +} + ne ^-

Ang bilang ng mga elektron na pinakawalan ay magiging katumbas ng laki ng positibong singil ng nagresultang cation M ^{n +} .

Pagkatapos ng isa pang elektrod o metal R (ang parehong mga metal ay dapat makipag-ugnay sa ilang paraan), natatanggap ang pinalabas na mga electron; ngunit hindi ito sumasailalim sa isang reaksyon ng kemikal kung nakakakuha ito ng mga electron, dahil gagawin lamang ito ng mga ito (electric current).

Samakatuwid, dapat mayroong isa pang species sa solusyon na pormal na tanggapin ang mga elektron na ito; tulad ng madaling nabawasan ang mga ion ng metal, halimbawa:

R ^{n +} + ne ^- => R

Iyon ay, ang isang layer ng metal R ay bubuo at ang elektrod ay magiging mas mabigat; habang ang metal M ay mawawalan ng masa dahil sa mga atom nito na natunaw.

Depolarizers

Paano kung walang mga metal cations na maaaring mabawasan nang sapat na sapat? Sa kaso na iyon, ang iba pang mga species na naroroon sa daluyan ay kukuha ng mga electron: ang mga depolarizer. Ang mga ito ay malapit na nauugnay sa pH: O ₂ , H ⁺ , OH ^- at H ₂ O.

Ang oxygen at tubig ay nakakakuha ng mga electron sa isang reaksyon na ipinahayag ng sumusunod na equation ng kemikal:

O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- => 4OH ^-

Habang ang mga H ⁺ ion ay binago sa H ₂ :

2H ⁺ + 2e ^- => H ₂

Ibig sabihin, ang mga species ng OH ^- at H ₂ ay karaniwang mga produktong galvanic o electrochemical corrosion.

Kahit na ang metal R ay hindi lumahok sa anumang reaksyon, ang katotohanan na ito ay mas marangal kaysa sa M ay nagtataguyod ng oksihenasyon nito; at dahil dito, magkakaroon ng mas mataas na produksyon ng mga OH ^- ion o hydrogen gas. Dahil, pagkatapos ng lahat, ito ay ang pagkakaiba sa pagitan ng mga potensyal na pagbawas, ,E, isa sa mga pangunahing driver ng mga prosesong ito.

Kaagnasan ng bakal

Ang mekanismo ng kaagnasan para sa bakal. Pinagmulan: Wikipedia.

Matapos ang nakaraang mga paglilinaw, ang halimbawa ng kaagnasan ng bakal ay maaaring matugunan (tuktok na imahe). Ipagpalagay na mayroong isang manipis na layer ng tubig kung saan natunaw ang oxygen. Nang walang pagkakaroon ng iba pang mga metal, ito ang magiging mga depolarizer na magtatakda ng tono para sa reaksyon.

Kaya, ang bakal ay mawawala ang ilang mga atoms mula sa ibabaw nito upang matunaw sa tubig bilang Fe ²⁺ cations :

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Ang dalawang elektron ay maglalakbay sa pamamagitan ng piraso ng bakal dahil ito ay isang mahusay na conductor ng koryente. Kaya kung saan nagsimula ang oksihenasyon o ang site ng anode; ngunit hindi kung saan ang pagbawas o ang lokasyon ng cathodic site ay magpapatuloy. Ang site ng katod ay maaaring saanman; at mas malaki ang posibleng lugar nito, mas masahol pa ang metal ay makasisira.

Ipagpalagay na ang mga elektron ay umabot sa isang punto tulad ng ipinapakita sa imahe sa itaas. Mayroong parehong oxygen at tubig na sumailalim sa reaksyon na inilarawan, na kung saan ang OH ^- ay pinakawalan . Ang mga OH ^- anion na ito ay maaaring gumanti sa Fe ²⁺ upang mabuo ang Fe (OH) ₂ , na tumatagal at sumasailalim sa kasunod na mga oksihenasyon na kalaunan ay binago ito sa kalawang.

Samantala, ang site ng anode ay pumutok nang higit pa.

Mga halimbawa

Sa pang-araw-araw na buhay ang mga halimbawa ng kaagnasan ng galvanic ay marami. Hindi namin kailangang sumangguni sa putong korona: ang anumang artifact na gawa sa mga metal ay maaaring sumailalim sa parehong proseso sa pagkakaroon ng mga kahalumigmigan at asin na mga kapaligiran.

Bilang karagdagan sa beach, ang taglamig ay maaari ring magbigay ng perpektong mga kondisyon para sa kaagnasan; halimbawa, kapag ang mga shoveling asing-gamot sa snow sa kalsada upang maiwasan ang mga kotse mula sa skidding.

Mula sa isang pisikal na pananaw, ang kahalumigmigan ay maaaring mapanatili sa mga welded joints ng dalawang metal, pagiging aktibong mga site ng kaagnasan. Ito ay dahil ang parehong mga metal ay kumikilos tulad ng dalawang electrodes, na may higit na reaktibo na nawawala ang mga elektron nito.

Kung ang paggawa ng mga OH ^- ions ay malaki, maaari nitong mai-corrode ang pintura ng kotse o ang aparato na pinag-uusapan.

Mga indeks ng anodic

Ang isa ay maaaring magtayo ng kanyang sariling mga halimbawa ng galvanic corrosion na paggamit ng pagbabawas ng mga potensyal na talahanayan. Gayunpaman, ang talahanayan ng index ng anodic (pinasimple bawat se) ay pipiliin upang mailarawan ang puntong ito.

Mga indeks ng anodic para sa iba't ibang mga metal o haluang metal. Pinagmulan: Wikipedia.

Ipagpalagay na halimbawa na nais naming bumuo ng isang electrochemical cell. Ang mga metal na nasa tuktok ng talahanayan ng anodic index ay higit na katatiko; iyon ay, madali silang mabawasan at sa gayon ay magiging mahirap na magkaroon sila ng solusyon. Habang ang mga metal na nasa ibaba ay mas anodic o reaktibo, at madali silang nakakonekta.

Kung pipiliin namin ang ginto at beryllium, ang parehong mga metal ay hindi maaaring magkasama nang matagal, dahil ang beryllium ay mag-oxidize nang napakabilis.

At kung, sa kabilang banda, mayroon kaming isang solusyon ng mga Ag ⁺ ion at binabaluktot namin ang isang aluminyo bar sa loob nito, matunaw ito nang sabay-sabay na umuunlad ang mga particle ng metal. Kung ang bar na ito ay konektado sa isang grapayt na elektrod, ang mga elektron ay maglakbay papunta dito upang magdeposito ng pilak sa ito bilang isang pilak na pelikula.

At kung sa halip na aluminyo bar ito ay gawa sa tanso, ang solusyon ay magiging mala-bughaw dahil sa pagkakaroon ng mga Cu ^{2+ na} tubig sa tubig.

Proteksyon ng kaagnasan ng electrochemical

Sagradong coatings

Ipagpalagay na nais mong protektahan ang isang zinc sheet mula sa kaagnasan sa pagkakaroon ng iba pang mga metal. Ang pinakasimpleng opsyon ay upang magdagdag ng magnesiyo, na magbabalot sa zinc upang, sa sandaling ma-oxidized, ang mga elektron na pinakawalan mula sa magnesiyo ay mabawasan ang mga cn ^{2+ na mga} cation .

Gayunpaman, ang MgO film sa sink ay magtatapos ng pag-crack nang mas maaga kaysa sa kalaunan, na nagbibigay ng mataas na kasalukuyang mga site ng anode density; iyon ay, ang kaagnasan ng sink ay mapabilis nang husto sa mga puntong iyon.

Ang pamamaraan na ito ng pagprotekta laban sa electrochemical corrosion ay kilala bilang ang paggamit ng mga sakripisyo ng sakripisyo. Ang pinakamahusay na kilala ay zinc, na ginamit sa sikat na pamamaraan na tinatawag na galvanizing. Sa kanila, ang metal M, lalo na ang bakal, ay pinahiran ng zinc (Fe / Zn).

Muli, ang zinc ay nag-oxidize at ang oxide nito ay nagsisilbi upang masakop ang bakal at ihatid ang mga electron dito na bawasan ang Fe ²⁺ na maaaring mabuo.

Noble coatings

Ipagpalagay na muli na nais mong protektahan ang parehong sheet ng sink, ngunit ngayon gagamitin mo ang kromium sa halip na magnesium. Ang Chromium ay mas marangal (mas katatiko, tingnan ang talahanayan ng mga numero ng anodic) kaysa sa zinc, at samakatuwid ay gumagana bilang isang marangal na patong.

Ang problema sa ganitong uri ng patong ay kapag na-crack ito, itaguyod pa nito at mapabilis ang oksihenasyon ng metal sa ilalim; sa kasong ito, ang zinc ay makakabawas ng higit pa kaysa sa pinahiran ng magnesiyo.

At sa wakas, mayroong iba pang mga coatings na binubuo ng mga pintura, plastik, antioxidant, taba, resin, atbp.

Eksperimento para sa mga bata

Bakal na plato sa paglusaw ng mga asing-gamot na tanso

Ang isang simpleng eksperimento ay maaaring maiisip mula sa parehong talahanayan ng mga indeks ng anode. Pag-alis ng isang makatwirang halaga (mas mababa sa 10 gramo) ng CuSO ₄ · 5H ₂ O sa tubig, hiniling ang isang bata na isawsaw sa isang makintab na plato ng bakal. Kinuha ang isang larawan at pinahihintulutan ang proseso na magbukas ng ilang linggo.

Ang solusyon ay sa una ay mala-bughaw, ngunit magsisimulang maglaho habang ang bakal plate ay lumiliko isang kulay na tanso. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang tanso ay higit na marangal kaysa sa bakal, at samakatuwid ang Cu ^{2+ na mga} cations nito ay mababawasan sa metal na tanso mula sa mga ions na ibinigay ng oksihenasyon ng bakal:

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Cu ²⁺ + 2e ^- => Cu

Paglilinis ng oxide ng pilak

Ang mga bagay na pilak ay nagiging itim sa paglipas ng panahon, lalo na kung nakikipag-ugnay sila sa isang mapagkukunan ng mga compound ng asupre. Ang kalawang nito ay maaaring alisin sa pamamagitan ng paglubog ng bagay sa isang tub ng tubig na may baking soda at aluminyo foil. Ang bicarbonate ay nagbibigay ng mga electrolyte na mapadali ang transportasyon ng mga electron sa pagitan ng bagay at ng aluminyo.

Bilang isang resulta, mapapahalagahan ng bata na ang bagay ay nawawala ang mga itim na lugar at mamula-mula sa katangian na kulay pilak; habang ang foil ng aluminyo ay makakonekta upang mawala.

Mga Sanggunian

1. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral.
3. Wikipedia. (2019). Kaagnasan ng Galvanic. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
4. Stephen Lower. (Hunyo 16, 2019). Electrochemical Corrosion. Chemistry LibreTexts. Nabawi mula sa: chem.libretexts.org
5. Ang Open University. (2018). 2.4 Mga proseso ng kaagnasan: galvanic corrosion. Nabawi mula sa: open.edu
6. Customer Technical Service Brush Wellman Inc. (sf). Isang Gabay sa Galvanic Corrosion. Mga materyales na inhinyero ng Brush Wellman.
7. Giorgio Carboni. (1998). Mga eksperimento sa electrochemistry. Nabawi mula sa: funsci.com