по Теоретические основы пргрессивных технологий (стр. 2 из 3)

и выделение водорода

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с поглощением кислорода (коррозия с кислородной деполяризацией). Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода (коррозией с водородной деполяризацией).

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот и оснований, морская вода, почвенная вода, вода атмосферы, содержащая

, , и другие газы.

Разность потенциалов металла и окислителя определяют возможность коррозии. Более важной характеристикой служит скорость коррозии, выражаемая через потери металла в единицу времени. Скорость коррозии может быть также выражена по закону Фарадея через ток или плотность тока. Так как, электрохимическая коррозия протекает через несколько взаимосвязанных стадий, то скорость ее зависит от скорости самой медленной стадии, называемой лимитирующей (контролирующей), стадией процесса. Все остальные стадии вынуждены иметь скорость равную скорости лимитирующей стадии процесса. Поскольку коррозионные элементы являются короткозамкнутыми микроэлементами, движение электронов в металле не может быть лимитирующей стадией процесса. Движение ионов в растворе обычно также не лимитирует процесс коррозии ввиду очень малого расстояния между микроэлементами (исключение составляют растворы с очень малой электрической проводимостью). Следовательно, лимитирующими стадиями могут быть или реакции анодного окисления металла (анодный контроль), или реакции катодного восстановления окислителя (катодный контроль), или те и другие одновременно (смешанный контроль).

Для борьбы с коррозией металла, контролируемой скоростью восстановления кислорода, следует снижать концентрацию кислорода, например, введением восстановителя в раствор или снижением давления кислорода над раствором. Скорость коррозии можно также снизить, изолируя металл от кислорода тем или иным способом. Изменение состава катодных участков мало влияет на коррозию с поглощением кислорода. Поэтому степень чистоты металла обычно не играет существенной роли при коррозии с поглощением кислорода. Если потенциал металла отрицательнее потенциала водорода электрода, то процесс коррозии протекает как с поглощением кислорода, так и с выделением водорода. Если кислород в системе отсутствует или быстро расходуется в результате коррозии, например, в крытой системе, то коррозия протекает лишь с выделением водорода. Однако и при наличии кислорода в системе, скорость восстановления в некоторых случаях мала по сравнению со скоростью выделения водорода, например, в растворе кислоты на цинке, железе, марганце. При этом в первом приближении можно пренебречь скоростью коррозии за счет поглощения кислорода и говорить лишь о скорости коррозии с выделением водорода. Ввиду большой подвижности ионов

обычно стадия подвода не лимитирует реакцию катодного выделения водорода. Скорость процесса определяется скоростью собственной реакции восстановления ионов водорода:

или соединением атомов водорода в молекулу

Скорость катодного выделения водорода возрастает с увеличением температуры и концентрации ионов водорода (снижением рН).

Электрохимическая защита. Этот метод защиты основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Электрохимическая защита осуществляется присоединением защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала - протектора, а также катодной (катодная защита) или анодной (анодная защита) поляризацией за счет извне приложенного тока. Наиболее применима электрохимическая защита в коррозионных средах с хорошей ионной электрической проводимостью.

При протекторной защите к изделию подсоединяют металл или сплав, потенциал которого значительно отрицательнее потенциала металла изделия. Такие металлы или сплавы называются протекторами. В качестве материала протекторов используют сплавы алюминия, магния и цинка. В коррозионной среде, например в морской воде, металл протектора растворяется:

или

а на изделии выделяется водород:

/ 6, стр. 145/

7. Что такое мембранная технология, какова сфера ее применения? Охарактеризуйте особенности мембранного процесса.

Процесс разделения с межфазным переносом вещества при наличии перегородки (мембраны), отделяющей в пространстве фазы, участвующие в процессе массообмена, называется мембранным процессом. Методы мембранного разделения смесей основаны на различной проницаемости мембран для разных компонентов разделяемой смеси.

Мембрана – это твердая или жидкая перегородка, через которую могут проникать все или часть компонентов смеси. В первом случае мембрана называется проницаемой, во втором – полупроницаемой. Мембраны изготавливают из органических (в том числе полимерных) и неорганических (металлических, керамических, стеклянных и пр.) материалов. Мембраны могут быть твердыми и жидкими. Для производства мембран необходима современная высокоточная технология, которая принципиально отлична для органических и неорганических мембран.

Массоперенос через мембрану – типичный необратимый процесс, анализируемый в соответствии с принципами неравновесной термодинамики.

Процессы мембранного разделения широко применяются в промышленности при разделении жидких и газообразных смесей, концентрировании растворов, опреснении воды, выделении кислорода из воды (искусственные жабры), очистке атмосферы гермоотсеков с биологическими объектами и людьми, в медицине (искусственные легкие, почка, печень, разделение крови на компоненты и др.), в металлургии и биохимии (обогащение кислородом дутье), в пищевой промышленности (при создании атмосферы, препятствующей порче пищевых продуктов) и в других отраслях.

Основная доля процессов разделения в объектах живой природы происходит с помощью биологических мембран. Это наводит на мысль, что мембранные процессы разделения не только высокоэффективны( практически – селективны), но и обладают малой удельной энергоемкостью. Последний показатель особенно важен при выборе метода разделения разбавленных систем.

Главным недостатком процессов мембранного разделения является необходимость использовать большие поверхности мембраны, ибо в последней преобладают весьма медленные процессы молекулярного переноса массы. /1, стр.1519/

Один из важнейших мембранных процессов – обратный осмос. Принцип его действия понятен на примере получения пресной воды из морской. Если на стороне соленой воды создать давление выше осмотического, то молекулы воды начнут вырываться из гидратных оболочек ионов и проникать через мембрану, образуя поток обессоленной воды. При обратном осмосе вода течет из сильно концентрированного раствора в менее концентрированный. Чтобы получать пресную воду при пропускании через мембрану морской воды, необходимо обеспечить разность давлений в 20 атмосфер. По этому принципу работают опресняющие установки на кораблях и яхтах. Теперь опустим мембранный аппарат в море на глубину 3000 метров. На поверхность выведем трубу, заполненную пресной водой. Плотность пресной воды – 1000 кг/м3 , а плотность морской воды – 1100 кг/м3. Значит, с одной стороны на мембрану действует давление столба морской воды в 330 атмосфер, а с другой – давление столба пресной воды в трубе в 300 атм. Перепада давление в 30 атм достаточно, чтобы проходил процесс опреснения воды и эта пресная вода вырывалась из трубы струей в100 метров высотой. Укротим струю, поставим турбину и будем получать дешевую пресную воду и бесплатную энергию.

Зреет революция в химической технологии и биотехнологии. Концепция мембранного реактора призвана решить проблемы неполной утилизации сырья, ингибирования процесса продуктами реакции, перехода на непрерывный способ производства. Идея заключается в выводе через мембрану из реакционной зоны только, но не исходных компонентов. Удивительные перспективы открывает мембранное разделение газовых смесей. Только из воздуха можно получить азот или обедненный кислородом воздух и использовать его для создания условий высокогорья в тренировочных комплексах, в хранилищах овощей и фруктов, на АЗС, в топливных баках самолетов. Но также легко получить и обогащенный кислородом воздух, который необходим в реанимационных палатах, в водоемах для выращивания рыбы, в металлургии и т.д.

8. При повышении температуры на 50^о скорость реакции возросла в 1200 раз. Вычислите температурный коэффициент скорости.

Решение. По правилу Вант-Гоффа

,

где:

v₁ – скорость реакции при температуре t₁

v₂ – скорость реакции при температуре t₂;

γ – температурный коэффициент скорости реакции.

Преобразуем эту формулу для решений задачи и получим:

,