Bài giảng vật liệu học - Chương 6: Tính chất hóa học

Chia sẻ: Ngô Ý Nhi | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ của kim loại do phản ứng hoá học giữa kim loại với các chất khí (chứa O2, Cl2, SO2 …) của môi trường xung quanh

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng vật liệu học - Chương 6: Tính chất hóa học

VẬT LIỆU HỌC Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 1
Chương 6 Tính chất hóa học 6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại 6.2.Sự ăn mòn của vật liệu vô cơ 6.3.Sự thoái hoá (hoá già) của vật liệu hữu cơ Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 2
6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại 6.1.1.Khái niệm 6.1.2.Ăn mòn hoá 6.1.3.Ăn mòn điện hoá 6.1.4.Tốc độ ăn mòn Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 3
6.1.1.Khái niệm Xác định mối quan hệ t/d hóa học  Vật liệu Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 4
6.1.2.Ăn mòn hoá học Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ của kim loại do phản ứng hoá học giữa kim loại với các chất khí (chứa O2, Cl2, SO2 …) của môi trường xung quanh Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 5
6.1.2.1.Cơ chế ăn mòn hoá học Kim loai Oxyt (Me) (MemOmn/2) ne O2- O2(hp) O2 Men+ Me Men+ + ne- 1/2O2 + 2e O2- Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 6
• Khuếch tán O2 và hấp phụ lên bề mặt • Phản ứng oxy hoá-khử n+ -P/u oxy hoá : Me − ne = Me 1 2− -P/u khử : O2 + 2e = O 2 mn P/u tổng : mMe + O2 = Mem Omn 4 2 • Kết tinh: sinh mầm MeO và phát triển thành lớp oxyt trên bề mặt kim loại Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 7
6.1.2.2.Điều kiện ăn mòn hoá học ∆GT = ∆GT + RT ln K = ∆GT + RT ln o o [ MemOmn / 2 ] [ Me] [ PO ] m mn / 4 2 1 ∆GT = ∆G + RT ln o ∆GT = 0 T [P ] O2 mn / 4 1 1 ∆G = − RT ln o = − RT ln K cb = − RT ln T [P ] O2 mn / 4 [P ] O2 cb 1 1 ∆G < 0 o T Kcb >1 > PO2 > PO2 ( cb ) PO2 ( cb ) PO2 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 8
6.1.2.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn hoá học Nhiệt độ : T-cao → ↑Ăn mòn  Oxy của môi trưởng : ↑O2 → ↑Ăn mòn  Cấu trúc của màng oxyt kim loại V0 xyt M oxyt nA M oxyt d Me ε= = : = VMe d oxyt d Me nAd oxyt ε > 1: màng sít, bảo vệ ăn mòn tốt ( Cu, Al..) ε < 1: màng xốp, bảo vệ ăn mòn kém ( kiềm, kiềm thổ) ε >> 1: ứng suất dư → Nứt Hồng bảo vệ ăn món kém9 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn →
6.1.3.Ăn mòn điện hoá Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ của vật liệu kim loại trong môi trường chất điện ly, trong đó có phát sinh dòng điện. Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 10
6.1.3.1.Cơ chế ăn mòn điện hoá H2O Ox + ne Red Anot Catot Me Men+ + ne Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 11
• Khuếch tán & hấp phụ chất điện ly • Phản ứng điện hoá -P/u anot : Me → Men+ + ne -P/u catot : Ox + ne → Red ------------------------------------- Cộng : Me + Ox → Men+ + Red Ox-chất oxy hoá : H+, O2 , Me1n1+ e -Quá trình dẫn điện: Anot Catot I • Men+→ dung dịch hoặc tạo thành gỉ Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 12
Ví dụ: ăn mòn của sắt Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 13
Ví dụ: ăn mòn của sắt  Môi trường nước chứa axit có oxy hoà tan • Q.trình anốt: Fe → Fe2+ + 2e • Q.trình catot: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O ---------------------------------------------------------- Cộng : 2Fe + O2 + 4H+ → 2Fe2+ +2H2O e • Qúa trình dẫn điện : Anốt I Catot Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 14
Ví dụ: ăn mòn của sắt  Môi trường trung tính có oxy hoà tan • Q.trình anốt: Fe → Fe2+ + 2e • Q.trình catot: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- -------------------------------------------------------------------- Cộng : Fe + O2 + 2H2O → Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O → 2Fe(OH)3 e • Qúa trình dẫn điện : Anốt I Catot Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 15
6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học • Phản ứng điện hoá -P/u anot : Me → Men+ + ne ϕ Me n+ / Me -P/u catot : Ox + ne → Red ϕ ox / red ------------------------------------- Cộng : Me + Ox → Men+ + Red E = ϕ a − ϕ c = ϕ ox / red − ϕ Me n+ / Me ∆GT = −nFE = −nF (ϕox / red − ϕ Me n+ / Me ) < 0 ϕ ox / red > ϕ Men+ / Me Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 16
6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học  Môi trường axit không có oxy lg[ Me ] 2.3RT Me → Me + ne ϕ n+ =ϕ + nF Me / Me n + o Me / Me n + n+ 2H+ + 2e → H2 ϕ = −0.059 pH − 0.030 lg P H2 / H + H2 Me + 2H+ → Men+ + H2 ϕ Me / Men+ < ϕ H + = −0.059 pH = −0.059 × 7 = −0.41v 2/H ⇒ Me đầu dãy đ.thế đến trước Cd bị ăn mòn Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 17
6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học  Môi trường axit có oxy lg[ Me ] 2.3RT n+ ϕ =ϕ + Me → Men+ + ne o Me / Me n + Me / Me n + nF O2 + 4H+ + 4e → 2H2O ϕ H O / O = 1.23 − 0.059 pH2 2 Me + O2 + 4H+ → Men+ + H2O ϕ Me / Me n+ < ϕ H 2O / O2 = 1.23 − 0.059 × 7 ≈ 0.82 ⇒ Me đầu dãy đ.thế đến Ag bị ăn mòn Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 18
6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học  Môi trường kiềm có oxy ϕ Me / Men + = ϕ o Me / Me n + + 2.3RT [ lg Me n + ] Me → Men+ + ne 2 nF RT [ H 2O] PO2 O2 + 2H2O + 4e → 4OH- ϕOH − / O 2 = 0.401 + nF ln [OH − ]4 Me + O2 + 2H2O → Men+ + 4OH- RT RT 10 −14 RT RT ϕOH − / O2 = 0.401 − − 4 ln[OH ] = 0.401 − ln + = 0.401 − 2.3 lg 10 −14 + 2.3 lg[ H + ] nF F [H ] F F ϕOH − / O = 1.23 − 0.059 pH 2 ϕ Me / Me n− < ϕOH − / O = 1.23 − 0.059 ×14 = 0.40v 2 ⇒ Me đầu dãy đ.thế TS.ến trồng c Ag bị ăn mòn Tháng 02.2006 đ Hà Văn Hướ 19
Kim loại Phản ứng điện cực Eo, v Kim loại Phản ứng điện Eo, v cực Au Au3+ + 3e → Au 1.42 Cd Cd2+ + 2e → Cd -0.40 O2 +4H+ + 4e → 2H2O 1.23 Fe Fe2+ + 2e → Fe -0.44 Pt Pt2+ + 2e → Pt 1.20 Cr Cr3+ + 3e → Cr -0.74 Ag Ag+ + e → Ag 0.80 Zn Zn2+ + 2e → Zn -0.76 O2 +4H+ + 4e → 4OH- 0.40 Mn Mn2+ + 2e → Mn -1.18 Cu Cu2+ + 2e → Cu 0.34 Ti Ti2+ + 2e → Ti -1.66 2H+ + 2e → H2 0.00 Al Al3+ + 3e → Al -1.66 Pb Pb2+ + 2e → Pb -0.13 Mg Mg2+ + 2e → Mg -2.36 Sn Sn2+ + 2e → Sn -0.14 Na Na+ + e → Na -2.71 Ni Ni2+ + 2e → Ni -0.25 K K+ + e → K -2.92 Co Co2+ + 2e → Co -0.28 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 20