KOROZJA Słowa kluczowe do ćwiczeń laboratoryjnych z korozji: korozja kontaktowa depolaryzacja tlenowa depolaryzacja wodorowa gęstość prądu korozyjnego natęŝenie prądu korozyjnego prawo Faradaya równowaŝnik elektrochemiczny metalu równanie gazu doskonałego potencjał korozyjny diagramy Pourbaix elektroda odniesienia Cel ćwiczenia Korozja kontaktowa z depolaryzacja tlenową 1 Celem ćwiczenia jest ustalenie wpływu kontaktów metali: Fe Zn i Fe Cu oraz stosunku wielkości powierzchni metali pozostających w kontakcie na szybkość korozji metali w roztworze 3 % względem NaCl i 0,1 % względem O. Materiały i aparatura 5 płytek Fe 4 cm x 5 cm płytki Fe cm x 1 cm 3 płytki Zn 4 cm x 5 cm 1 płytka Zn cm x 1 cm 3 płytki Cu 4 cm x 5 cm 1 płytka Cu cm x 1 cm Wykonanie ćwiczenia 10 % O 3 % NaCl 96 % C 5 O kolba miarowa dm 3 pipeta 0 cm 3 10 zlewek 50 cm 3 papier ścierny 1. Przygotować roztwór 3 % względem NaCl i 0,1 % względem O. W tym celu do kolby miarowej na dm 3 odmierzyć pipetą 0 cm 3 10% roztworu wody utlenionej i uzupełnić do kreski 3% roztworem NaCl.. Wybrać płytki metali do badania. Wyczyścić papierem ściernym płytki metali (uwaga: nie moŝna tym samym kawałkiem papieru ściernego czyścić róŝnych metali), opłukać wodą, alkoholem, wysuszyć i zwaŝyć na wadze analitycznej. Wyniki zapisać w tabeli 1. 3. W zlewkach zawierających po 00 cm 3 elektrolitu umieścić kolejno płytki: Zespół 1: Ŝelazną, cynkową oraz po trzy zestawy spiętych płytek Fe Zn o stosunku powierzchni 1:10, 1:1, 10:1. Zespół : Ŝelazną, miedzianą oraz po trzy zestawy spiętych płytek Fe Cu o stosunku powierzchni 1:10, 1:1, 10:1 1 W. Gumowska, E. Rudnik, I. arańczyk: Korozja i ochrona metali, ćwiczenia laboratoryjne, SU 1694, AG, 007
Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego. 4. Zanotować czas rozpoczęcia i zakończenia pomiaru. Pomiar wykonywać przez 60 min. W trakcie pomiarów zanotować obserwacje dotyczące przebiegu reakcji (zmiana barwy elektrolitu, wyglądu powierzchni metali). 5. Po zakończeniu pomiarów płytki opłukać w wodzie (dokładnie zmywając produkty korozji za pomocą szczotki), alkoholu, wysuszyć i zwaŝyć na wadze analitycznej. Opracowanie wyników pomiarów 1. Na podstawie danych doświadczalnych obliczyć: m natęŝenie prądu korozyjnego I kor = k t gdzie: m ubytek masy próbki, g k równowaŝnik elektrochemiczny metalu, M masa molowa metalu, g mol -1, z elektronowość reakcji, Me Me z+ +ze - F stała Faradaya, 96 500 C mol -1, t czas trwania procesu, s. Ikor oraz gęstość prądu korozyjnego ikor = S gdzie: S pole powierzchni próbki, cm. M k =, z F Wyniki obliczeń zestawić w tabeli 1.. Wykreślić krzywe obrazujące zaleŝność gęstości prądu korozyjnego poszczególnych metali w układzie kontaktowym od stosunku wielkości powierzchni cynku do Ŝelaza lub miedzi do Ŝelaza: Zaspół 1: i = f S / S ) i = f S / S ) Fe ( Zn Fe Zn ( Fe Zn Zaspół : i = f S / S ) i = f S / S ) Fe ( Cu Fe Cu ( Fe Cu Na wykresach nanieść linie odpowiadające szybkości korozji metali bez kontaktu 3. Podać wnioski na podstawie otrzymanych wyników.
Tabela 1 Wyniki pomiarów korozji kontaktowej z depolaryzacją tlenową dla układów: Fe Zn i Fe Cu Powierzchnia metalu, cm S Fe /S Zn S Fe /S Cu Czas trwania t, min S Fe S Zn (S Cu ) przed m p, Fe Masa próbki Ŝelaznej, g po m k,fe ubytek masy m Fe Masa próbki cynkowej (miedzianej), g przed m p, Zn(Cu) po m k,zn(cu) ubytek masy m Zn(Cu) Korozja bez kontaktu Fe Zn Cu
Cel ćwiczenia Korozja z depolaryzacją wodorową 1 Celem ćwiczenia jest określenie szybkości korozji stali w roztworze kwasu siarkowego metodą wagową i objętościową. Materiały i aparatura płytki stalowe 10% SO 4 biureta gazowa 96 % 5 O cylinder miarowy 1 dm 3 zlewki 800 cm 3 papier ścierny Wykonanie ćwiczenia 1. Wyczyścić papierem ściernym płytkę Ŝelazną, opłukać wodą, alkoholem, wysuszyć i zwaŝyć na wadze analitycznej. Wyznaczyć pole powierzchni badanej płytki stalowej. Wyniki zapisać w tabeli 1.. Płytkę umieścić w układzie pomiarowym, którego schemat przedstawiono poniŝej. Do zlewki o objętości 800 cm 3 naleŝy nalać 600 cm 3 roztworu kwasu i podciągnąć roztwór do góry podziałki skali biurety gazowej. Rys.. Schemat stanowiska pomiarowego. 3. Od momentu zamknięcia kurka biurety naleŝy odczytać co 5 min. poziom cieczy w biurecie. Czas trwania pomiaru 60 min. Wyniki pomiarów zanotować w tabeli. 4. Po zakończeniu pomiaru, próbkę naleŝy natychmiast wyjąć z kwasu przemyć w strumieniu wody, przecierając szczoteczką powierzchnię płytek. Po opłukaniu w alkoholu wysuszyć i zwaŝyć na wadze analitycznej. 5. Odczytać temperaturę i ciśnienie atmosferyczne. Zmierzyć wysokość słupa cieczy zajmującego w biurecie objętość 10 cm 3 oraz tzw. część martwą (od dolnej podziałki skali do górnej krawędzi próbki). 1 W. Gumowska, E. Rudnik, I. arańczyk: Korozja i ochrona metali, ćwiczenia laboratoryjne, SU 1694, AG, 007
Tabela 1 Wyniki pomiarów oznaczania szybkości korozji metodą wagową i na podstawie objętości wydzielonego wodoru. Metal.. Powierzchnia próbki, cm... StęŜenie SO 4, % Gęstość roztworu, g/cm 3... Ciśnienie atmosferyczne, Pa. Temperatura, K.. Masa próbki przed pomiarem, g. Masa próbki po pomiarze, g... Ubytek masy, g... Czas trwania pomiaru t, min. Objętość gazu w biurecie Wysokość słupa cieczy ν, cm 3 w biurecie h, cm 0 5 10 15 0 5 30 35 40 45 50 55 60
Opracowanie wyników pomiarów 1. Na podstawie objętości wydzielającego się wodoru wyliczyć liczbę moli gazu. W obliczeniach naleŝy uwzględnić poprawki: na pręŝność pary wodnej nad roztworek oraz na ciśnienie słupa cieczy w biurecie: p = p p dgh O gdzie: p - ciśnienie cząstkowe wodoru w biurecie, Pa, p - ciśnienie atmosferyczne, Pa, - ciśnienie pary wodnej nad roztworem kwasu siarkowego (Tabela ), p O h wysokość słupa cieczy w buirecie, m, d gęstość roztworu kwasu (Tabela ), g przyspieszenie ziemskie, 9,81 m/s. Tabela PręŜność pary oraz gęstość roztworów kwasu siarkowego w róŝnych temperaturach. StęŜenie kwasu, % wag. 10 0 5 15 0 5 Temperatura, C p O / SO4, Pa 39 306 119 879 g d SO, 4 3 cm 1,07 1,11. Korzystając z zaleŝności: p ν = n RT gdzie: ν - objętość wydzielonego wodoru, m 3, R stała gazowa, 8,314 J/mol K, T- temperatura, K. obliczyć liczbę moli wydzielonego wodoru n. 3. Obliczyć masę przekorodowanego metalu m M, a następnie określić wielkość korozji K, czyli ubytek masy metalu na jednostkę powierzchni próbki. 4. Sporządzić wykres zaleŝności K = f (t), a następnie wyznaczyć graficznie szybkość korozji V kor wyraŝoną w g cm - s -1 (współczynnik kierunkowy prostej). Opierając się na prawie Faradaya, uzyskane wielkości V kor naleŝy przeliczyć na gęstość pradu korozyjnego i kor wyraŝoną w A cm -. 5. Na podstawie ubytku masy wyznaczonego metodą wagową obliczyć gęstość prądu korozyjnego i ' kor i porównać z wartością wyznaczoną metodą objętościową. 6. Podać wnioski.
Pomiar potencjału korozyjnego metali Materiały i aparatura wysokooporowy miliwoltomierz pehametr elektroda chlorosrebrowa elektrody metalowe przewody elektryczne woda destylowana NaCl roztwór 3 % Wykonanie ćwiczenia 1. Do zlewek wlać przygotowany roztwór NaCl i wodę. Zmierzyć p roztworów za pomocą pehametru.. Do roztworu włoŝyć badaną elektrodę oraz elektrodę chlorosrebrową (umieszczając je jak najbliŝej siebie). 3. Elektrodę badaną i chlorosrebrową podłączyć do miliwoltomierza i zanotować wartość zmierzonego potencjału po jego ustabilizowaniu się. 4. Wyjąć końcówkę elektrody odniesienia, przepłukać wodą destylowaną, osuszyć bibułą. 5. Wykonać trzy serie pomiaru potencjału. Obserwować wygląd próbki. 6. Po zakończeniu pomiarów elektrody naleŝy zostawić czyste i suche. Opracowanie wyników pomiarów 1. Zmierzone wartości potencjałów przeliczyć na wartości odniesione do NEW. opisać. Otrzymane wartości potencjałów korozyjnych nanieść na diagram Pourbaix dla badanego układu Fe- O. 3. Omówić wyniki.