Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Электродный потенциал и активность ионов металла в растворе электролита

03.04.2019


Разность потенциалов между отдельными элементами металлоконструкции и связанная с ней электрохимическая гетерогенность (неоднородность) поверхности может возникнуть вследствие не только электрохимического контакта двух химически неоднородных участков поверхности, но и того, что отдельные участки одного и того же металла омываются электролитом с разной активностью собственных ионов.

Действительно, пусть одним электродом служит поверхность некоторого металла, омываемая электролитом с активностью ионов этого металла в равновесном состоянии системы 1 моль/л. Температура системы 298 К. Очевидно, этой системе соответствует стандартный потенциал металла ф°298Ме+/Ме. Другой электрод — поверхность металла той же химической природы, но равновесие с собственными ионами на нем установилось при другой активности этих ионов, скажем, а моль/л. Потенциал его поверхности обозначим как ф°Ме+/Ме. Если теперь создать условия для электрохимического контакта этих металлов, обеспечив беспрепятственный перенос зарядов, то разность электродных потенциалов ф°Ме+/Ме - ф°298Ме+/Ме должна соответствовать разности химических потенциалов ионов металла в электролите первого и второго электродов. В соответствии с (3.9) и (3.10)
Электродный потенциал и активность ионов металла в растворе электролита

где uMen+1 — химический потенциал ионов металла в первом растворе, кДж/моль;

uMen+2 — химический потенциал ионов металла во втором растворе, кДж/моль.

Химический потенциал, как известно, связан с активностью компонента в растворе уравнением

где uMen+ — химический потенциал ионов металла при активности их в растворе а моль/л;

umMen+ — химический потенциал ионов металла при активности их в растворе 1 моль/л.

С учетом этого уравнение (3.11) приобретает вид

Это выражение является частным случаем уравнения Нернста. Немецкий физик Вальтер Герман Нернст в 1888 г. опубликовал теорию электролитического растворения металлов и электродных потенциалов. В том виде, в котором оно выведено здесь, уравнение Нернста дает возможность рассчитать значение равновесного электродного потенциала металла по величине его стандартного потенциала, температуре процесса и активности ионов металла в среде. Если подставить значения констант и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то для температуры 298К можно получить более простую форму:

Анализ этого уравнения дает возможность объяснить ряд часто встречающихся на НПЗ коррозионных отказов. В большинстве случаев при эксплуатации большинства аппаратов в первую очередь выходят из строя штуцеры. Это связано с тем, что скорость движения рабочей среды в штуцере гораздо выше, чем в самом аппарате. Ионы металла, появляющиеся вследствие коррозии в штуцере, уносятся быстро движущейся средой, и концентрация (активность) их у поверхности штуцера становится существенно ниже, чем у поверхности корпуса. Потенциал поверхности штуцера смещается в сторону отрицательных значений и штуцер превращается в анод. Катодом служит корпус. Очевидно, что снижение концентрации собственных ионов металла в 100 раз приводит к возникновению между отдельными участками ЭДС, равной 0,6 В. Свободная энергия системы увеличивается при этом примерно на 115,8 кДж/моль (для стального аппарата). Именно полому рассмотрение коррозионного состояния любого аппарата принято начинать с обследования штуцеров.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: