Влияние концентрации аниона хлора на адсорбцию органического соединения реакционной серии оксиазометина на цинковом электроде (стр. 1 из 3)
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южный федеральный университет»
Химический факультет
Кафедра электрохимии
предквалификационная практика
На тему: « Влияние концентрации аниона хлора на адсорбцию органического соединения реакционной серии оксиазометина на цинковом электроде »
Студентка 5 курса
Королёва Ю.Ю.
Научный руководитель
Канд.хим.наук, доцент
Шпанько С.П.
Ростов-на-Дону
2010
Содержание
1 Литературный обзор
1.1 Классификация коррозионных процессов
1.2 Факторы коррозии
1.3 Ингибиторы
1.4 Пути повышения эффективности ингибиторов
1.5 Способы оценки эффективности действия ингибиторов
1.6 Адсорбция ингибиторов
1.7 Кислотная коррозии
1.8 Защита от коррозии в органических электропроводящих средах
2 Экспериментальная часть
2.1 Объекты исследования
2.2 Подготовка металлических образцов к импедансным измерениям
2.3 Методика емкостных измерений
Список
1 Литературный обзор
1.1 Классификация коррозионных процессов
В системе общесоюзной стандартизации коррозия металлов определена как разрушение металлов вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. В системе международной стандартизации (ИСО) это понятие несколько шире: физико-химическое взаимодействие между металлом и средой, в результате которого изменяются свойства металла и часто происходит ухудшение функциональных характеристик металла, среды или включающей их технической системы. (1)
Коррозия представляет собой переход атомов из кристаллической решетки металла в соединение с какими-либо компонентами среды. При этом уменьшается масса металла и изменяются многие из его свойств.
Процесс коррозии, так как он приводит к регенерации исходных соединений, термодинамически более устойчивых по сравнению с чистыми металлами, протекает с уменьшением свободной энергии и поэтому совершается самопроизвольно. (2)
Изменение в любой части коррозионной системы, вызванное коррозией, называется коррозионным эффектом. Коррозионный эффект, ухудшающий функциональные характеристики металла, покрытия, среды или включающий их технических систем, расценивают как эффект повреждения или как коррозионную порчу (по системе ИСО).
В результате коррозии образуются новые вещества, включающие окислы и соли корродирующего металла, это – продукты коррозии.
Количества металла, превращающего в продукты коррозии за определённое время, относят к коррозионным потерям. Коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени характеризуют скорость коррозии. Эффект повреждений, связанный с потерями механической прочности металла, определяют термином – коррозионное разрушение, глубину его в единицу времени – скоростью проникновения коррозии.
Важнейшее понятие – коррозионная стойкость. Она характеризует способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды.
1.2 Факторы коррозии
Продлить сроки эксплуатации различных металлоконструкций до их морального износа – основная цель решения многовековой проблемы коррозии металлов. До настоящего времени она не решена в мировом масштабе. (1)
1.3 Ингибиторы
Вопрос о повышении эффективности защиты металлов от коррозии с помощью ингибиторов возник одновременно с их промышленным применением.
Процесс поиска веществ, обладающих свойствами ингибиторов, интенсивно продолжается во многих странах.
Ингибитор не должен влиять на ход технологических процессов и качество получаемой продукции. Он не должен оказывать вредного влияния на качество металла при его травлении в ингибированных кислотах и существенно замедлять растворение окалины. Применение ингибиторов должно быть простым и не усложнять имеющихся технологий. (3)
Значительное влияние на развитие теории ингибирующего действия специальных добавок оказали исследования А.Н. Фрумкина и его сотрудников. Современные представления электрохимической кинетики позволяют в ряде случаев предвидеть направление течения той или иной реакции при введении в электролит специальных добавок. Удалось объяснить основные закономерновсти, наблюдающиеся при использовании в качестве ингибиторов галоидных ионов, органических катионов и соединений молекулярного типа. Экспериментальные данные показали, что многие химические соединения адсорбируются на поверхности металла в сообветствии с изотермами Ленгмюра или Темкина.(7)
Ингибиторами коррозии называются химические вещества, введение небольших количеств которых в агрессивную среду, уменьшает скорость саморастворения металлов.
Многими исследователями установлено, что наиболее эффективными ингибиторами являются органические соединения, содержащие в своём составе функциональные группы с атомами N, S, P, O, а также вещества с ненасыщенными связями. Наибольшего внимания заслуживают азотсодержащие соединения – амины, производные пиридина, а также некоторые технические ингибиторы, синтезированные на их основе.
- Классификация ингибиторов:
- по механизму действия – катодные, анодные, смешанные;
- по химической природе – неорганические, органические, летучие;
- по природе агрессивной среды – ингибиторы в кислых, щелочных и нейтральных средах.
Действие ингибиторов обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами, всегда тоньше гальванических или лакокрасочных покрытий. Толщина таких слоёв соизмерима с размерами молекул органических соединений, поэтому их можно ассоциировать с нано-защитным и слоями.
Адсорбционные ингибиторы коррозии могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.
Классификация на катодные, анодные и смешанные указывает на воздействие ингибиторов на кинетику сопряжённых реакций. (8)
Ингибиторы катодного типа тормозят только катодную реакцию восстановления окислительного компонента среды. При этом потенциал коррозии уменьшается (смещается в сторону отрицательных значений). Ингибиторы анодного типа, соответственно, тормозят только анодную реакцию окисления металла. Потенциал коррозии в присутствии анодного ингибитора становится более положительным (увеличивается). Ингибиторы смешанного типа тормозят обе частные электродные реакции. Потенциал коррозии при это либо не меняется, либо смещается незначительно в ту или иную сторону.
Ингибиторы пассивирующего тип в большинстве случаев подавляют анодное растворение металла, но пассивации может способствовать и ускорение ими катодной реакции, как это происходит при пассивации железа анионом динитробензойной кислоты. (9)
1.4 Пути повышения эффективности ингибиторов
Все эффекты, приводящие к снижению скорости коррозии при добавлении в кислые растворы ПАВ, связаны с адсорбцией добавок. Поэтому повышение адсорбируемости ПАВ в общем случае должно сопровождаться увеличением их эффективности как ингибиторов.
Повышение эффективности следует ожидать от ПАВ, проявляющих одновременно и блокировочный, и Ψ1-эффекты. При введении такого ингибитора суммарный эффект будет определяться величинами γθ и γΨ1 . Одновременного проявления обоих эффектов можно ожидать, в частности, когда катионоактивный ингибитор содержит в своём составе хорошо адсорбирующиеся анионы, усиливающие адсорбцию органических катионов. Именно этому явлению обязаны так называемые эффекты межмолекулярного синергизма, когда сложный ингибитор обладает большим защитным эффектом, чем составляющие его компоненты.
Новым направлением в создании комбинированных ингибиторов можно назвать подбор смесей из органических и неорганических соединений. Одной из причин повышения эффективности органического компонента являются контактное осаждение ионов металлов на поверхности корродирующего металла. Осадок металла изменяет заряд поверхности, и по этой причине – условия адсорбции органического компонента смеси.
Химическая структура и защитное действие органических ПАВ – ингибиторов коррозии – детально обсуждены в монографии В.П. Григорьева и В.В. Экилика (4) и других работах. (3)
1.5 Способы оценки эффективности действия ингибиторов
Существуют различные количественные показатели оценки эффективности действия ингибиторов. Наиболее распространённый – по потере массы металла в единицу времени с единицы поверхности. В этом случае эффективность защиты оценивают коэффициентом торможения (ингибиторным эффектом) γ или степенью защиты z. Ингибиторный эффект показывает, во сколько раз ингибитор замедляет скорость коррозии и вычисляется по формуле.
γ = ρ0/ρ,
где ρ, ρ0 – скорости коррозии в присутствии ингибитора и без него.
Степень защиты характеризует полноту коррозии и вычисляется обычно в процентах.
z = 100 (ρ0 -ρ)/ ρ0 ; z = 100 [1-(1/ γ)].
Оценку эффективности ингибитора можно проводить также по поляризационным кривым, отражающим изменения в ходе протекания коррозионного процесса в присутствии ингибитора. В этом случае
γ = ί0/ ί; z = 100 (ί 0 - ί)/ ί 0,
где ί и ί0 – ток коррозионного процесса в коррозионной среде с ингибитором и без него.
1.6 Адсорбция ингибиторов
Адсорбция ингибиторов на поверхности металла может иметь различную природу. Различают физическую, химическую и специфическую адсорбцию. Под физической адсорбцией понимается явление концентрирования вещества из объема фаз на поверхность металла, вызванное электростатическими или дисперсионными силами, под химической адсорбцией – то же явление концентрирования вещества на поверхности металла, но обусловленное их химическим взаимодействием: изменением или разрушением старых и образованием новых химических связей, приводящих к образованию поверхностных химических соединений. Физическая и химическая формы адсорбции – крайние случае межатомного или молекулярного взаимодействия. Для различия этих форм адсорбции существует ряд экспериментальных критериев и прежде всего теплота адсорбции. При химической адсорбции она значительно больше (10-100кДж/моль), чем при физической (не превышает 10кдж/моль ). В качестве другого критерия иногда используют энергию активации. Считают, что хемосорбция протекает с активацией и сильно возрастает с температурой, физическая адсорбция – без активации. (5)