[材料科学]第一章 金属腐蚀的基本原理.ppt

第二节金属电化学腐蚀倾向的判断 一 电极电位与物质能量之间的关系 金属腐蚀的本质是由于金属单质与其腐蚀产物之间存在能量差，即单质的能量高于化合物的能量。 能量差： 若△G0,金属处于较高能量状态，易被腐蚀， △G0,金属不易被腐蚀。 电位与能量差的关系 二 电极电位 （一）电极 在电化学中，，把金属与电解质溶液构成的体系称为电极体系，简称电极。 （二）电位 单位正电荷由无穷远处移至该点，因反抗电场力所做的电功即为该点的电位 （三）电极电位 电极系统中金属与溶液之间的电位差称为电极的电极电位。 （四）电极电位的形成---双电层结构 金属的溶解与沉积平衡 M(s) ? Mn+ + ne- 当金属插入它的盐溶液中时，会同时出现两个相反的趋向。 (1)金属表面上的Mn+受极性很大的水分子吸引，离开金属而溶解于溶液中. (2)溶液中的Mn+可沉积到金属表面上 金属越活泼， M溶解的趋向越大； 溶液浓度越大， Mn+沉积的趋向越大 当金属与溶液间溶解与沉积的速率相等时，就达到动态平衡。 如溶解趋向大于沉积趋向，金属表面因自由电子过剩而带负电荷； 金属附近溶液中的正离子会被 吸引到金属的表面附近，在金 属与溶液之间形成了双电层， 从而产生电势差. 如果沉积趋向大于溶解趋向时，可使金属带正电荷。金属附近溶液中的负 离子会被吸引到金属的 表面附近，在金属与溶液 之间也形成了双电层， 从而产生电势差。 也称作金属电极的电极电势 不同种类的金属，其金属活泼性不同，因而产生的电极电势也不相同，组成原电池时，因存在电势差而产生电流。 两个不同的电极组合时，电子将从负极流向正极，从而产生电流(注意：电流方向与电子流动方向相反)。 三、平衡电极电位与能斯特方程 （一）平衡电极与平衡电极电位 当金属电极浸入含有自身离子的盐溶液中，由于金属离子在两相间迁移，将导致金属/电解质溶液界面上双电层的建立，对应的电极过程为： Mn+ + ne ? (二)标准电极与标准电极电位 电极建立在标准状态—纯金属、纯气体，298K，浓度为单位活度，则该电极为标准电极  （三）参比电极 1.标准氢电极法 标准氢电极： 2H+(aq)+ 2e- = H2(g) Pt | H2(P=100kPa)| H+(c=1mol·dm-3) 在任何温度下都规定标准氢电极的电极电势为零。 φ?(H+/H2)= 0.0000 V 2.参比电极法 标准氢电极要求氢气纯度很高、压力稳定，并且铂在溶液中易吸附其他组分而中毒、失去活性。 因此，实际上常用易于制备、使用方便且电极电势稳定的甘汞电极或氯化银电极等作为电极电势的对比参考，称为参比电极。 （1）饱和甘汞电极 其电极反应为 Hg2Cl2(s)+2e-=2Hg(l)+2Cl-(aq) 298.15K时的电极电势 φ(Hg2Cl2/Hg)= 0.2412V (2)氯化银电极 氯化银电极的电极反应为: AgCl(s)+e- = Ag(s)+ Cl-(aq) 当c(Cl-)= 1mol·dm-3， 温度为298.15K时，氯化银电极的电极电势为： φ(AgCl/Ag) = 0.22233V （四）电极电位测量装置与标准电极电位表 （五）能斯特方程 溶液中离子的浓度、气体的压强和温度等都是影响电极电势的重要因素 对于一定电极来讲，对电极电势影响较大的是离子浓度。 温度影响较小。 产生沉淀及溶液的酸度 对电极电势也有一定影响 常温下能斯特方程简化 四 腐蚀倾向的判断 （一）非平衡电极与非平衡电极电位 非平衡电极同时存在两个或两个以上电极，非平衡电极不符合能斯特方程 (二)利用标准电极电位判断金属的腐蚀倾向的判断。 在同一个电极体系中，若同时进行两个电极反应，通常电位较负的电极反应往氧化方向进行，电位较正的往还原方向进行。 第三节 腐蚀电池 一 必要条件 腐蚀电池构成 只要存在电位差就能形成腐蚀电池 （三）腐蚀电池与原电池的比较 相同点：都有阴阳极，都有电子通道和离子通道 不同点：原电池未短路，电化学能可以做有用功；腐蚀电池不可能做有用功，反应的电化学能以热能形式散发了 (四)构成腐蚀电池的必要条件 存在电位差 要有电解质溶液存在 在腐蚀电池的阴阳极之间要有连续传递电子的回路 二 腐蚀过程及作用 阳极过程 阴极过程 电流的流动 三 类型 根据腐蚀电池中电极大小不同，可分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池 宏观腐蚀电池：电偶电池、浓差电池 浓差电池：金属离子浓差电池，氧浓差电池 电偶电池 在同一电解质溶液中，两种具有不同电极电位的金属或合金通过电连接形成的腐蚀电池称为电偶电池。 金属离子浓差电池 同一金属浸在不同金属离子浓度的溶液中构成的浓差电池 氧浓差电池 由于金属与含氧量不