corozIunea metalelor si protectIa impotriva corozIunii - Teste si APLICATII NUMERICE REZOLVATE

T e s t e si a p l I c a t I I n u m e r I c e r e z o l v a t e

1.Pentru urmatoarele procese redox : . stabiliti coeficientii numerici ,respectand bilantul numarului de electroni transferati ,adica numarul de electroni primiti in reactia de reducere

trebuie sa fie egal cu numarul electronilor cedati in reactia de oxidare ,precum si bilantul uzual ca pentru orice alta reactie chimica, al numarului de atomi de fiecare fel;

. analizati procesele redox si indicati,daca este cazul,unde sunt intalnite in practica industriala.

(1). Zn + HCl → ZnCl ₂ + H₂

(2). Fe₃ C + H₂ → Fe + CH₄

-18-

Rezolvare:

Se noteaza N.O. pentru toate elementele chimice si se scriu separat cele care, modificandu-si N.O. ,se oxideaza sau se reduc;se realizeaza,apoi,aducerea la acelasi numar de electroni in reactia de oxidare si in reactia de reducere,prin inmultiri corespunzatoare;se obtin astfel coeficientii substantelor chimice in care se gaseste elementul chimic oxidat sau redus pentru care s-a efectuat bilantul electronic; pentru restul elementelor chimice , care nu si-au modificat N.O.,se face bilantul atomic obisnuit.

(1).Zn⁰ + H ⁺¹Cl^-1 → Zn ⁺²Cl ₂^-1 + H₂⁰

Zn⁰. → Zn⁺² + 2e oxidare: Zn⁰ se oxideaza si este reducator ;

Zn⁰. → Zn⁺² + 2e^-

2H^{+ +} 2e^- → 2 H⁰ → H₂; deci:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Reactia este intalnita la coroziunea Zn in mediu acid cu degajare de H₂ si cu formare de sare de zinc .

(2).Fe₃^+4/3 C ^-4 + H₂⁰ → Fe⁰ + C ^-4 H₄⁺¹

H 2 H⁺¹ +2e^- ; x2 ;oxidare: H₂ se oxideaza ,deci este reducator

( Fe ₃ )⁺ 4e^- → 3Fe⁰ ;reducere: ( Fe ₃ )⁺⁴ se reduce si este oxidant;deci si Fe₃C

este oxidant .Deci :

Fe₃ C +2 H₂ →3 Fe + CH₄

Reactia se intalneste in cazul coroziunii speciale intercristaline-numita fragilizare cu H₂ - a otelurilor,prin decarburarea cementitei ( Fe₃ C) pe care acestea o contin.

2.O placuta de Al cu suprafata de 50 cm ² este introdusa intr-un mediu coroziv apos acid timp de 20 ore.Masa initiala a placutei este 30,0001 g ,iar dupa coroziune devine 30,0000 g.Sa se calculeze viteza de coroziune ,V_cor ( in g /( m² . h)) .Scrieti reactiile redox care au loc.

-19-

Rezolvare:

V_cor = ∆ m / ( S . t ) = ( 30,0001 - 30,0000 ) g / ( 50 x 10^-4 m² x 20 h ) = 0,001 g /( m² . h )

Al ⁰ + H ⁺¹Cl^-1 → Al ⁺³Cl ₃^-1 + H₂⁰

Al ⁰. → Al⁺³ + 3e x2; oxidare: Al⁰ se oxideaza si este reducator ;

2Al ⁰. → 2Al⁺³ + 6e^-

6H⁺ 6e^- → 3 H ₂⁰ ; deci:

2 Al +6 HCl AlCl ₃ + 3 H₂

3.Pentru protectia catodica a unei instalatii metalice din otel se folosesc anozi de sacrificiu confectionati din zinc.Sa se calculeze intensitatea curentului de protectie furnizat de anodul de sacrificiu,daca masa lui este de 8 kg,durata de functionare este de 25 ani.iar eficienta protectiei (randamentul de curent) este de 92 % F = 96500 C / mol = 26 A.h /mol ; A_Zn = 65,4 g / mol;1 C =1 A.1 s.; z _Zn =2 .Sa se scrie reactiile redox globale care au loc in cazul coroziunii instalatiei metalice din otel neprotejata si in cazul aceleasi instalatii protejata cu anozi de sacrificiu din zinc.

Rezolvare:

Legile lui Faraday pentru electroliza se pot folosi si in acest caz-deoarece electroliza si functionarea unei pile electrice ( care apare in acest caz) sunt fenomene inverse .

m = ( A/ ( z F)). I. t I _real = I _teor x η_c ; I_teor = ( m .z.F ) / ( A.t) ;

I _real = ( 8000 g x 2 x 26,8 A.h /mol) / ( 65,4 g/mol x 25 x 365 x 24 h ) x 0,92 = 0,0275 A = 27,5 mA.

-19-

Pentru instalatia neprotejata reactia redox globala este: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Pentru instalatia protejata cu anozi de sacrificiu din zinc, reactia redox globala este:      Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

T E S T E SI A P L I C A T I I N U M E R I C E

P R O P U S E SPRE R E Z O L V A R E

1.Analizati urmatoarele procese redox care se intalnesc in diferite procese de coroziune si stabiliti coeficientii din fiecare ecuatie :

Mg + O₂ → MgO ;Al + O₂ → Al₂ O₃; Al + H₂ SO₄→ Al₂ ( SO₄)₃+ H₂;

Cu + HNO₃ → Cu (NO₃) NO + H₂ O ; Al + Fe₂ O₃ → Al₂ O₃ + Fe ;

Fe₃ C + H₂ O → Fe + CO + H₂ ; Fe₃ C + O₂ →Fe + CO; Fe₃ C + CO₂ → Fe + CO

2.Sa se calculeze viteza de coroziune , V_cor ( in g /( m² . h)) pentru Zn ,stiind ca o placuta din zinc cu suprafata de 100 cm² este introdusa timp de 78 minute intr-un mediu coroziv apos acid ,timp in care se degaja 0,4 .10 ^-3 moli H₂.Scrieti reactiile redox partiale care au loc si reactia globala a procesului de coroziune.Explicati coroziunea electrochimica la care participa ionii H⁺ . A_Zn =65 g /mol.

3.La protectia catodica impotriva coroziunii cu anozi de sacrificiu,pentru o instalatie din Zn se folosesc anozi din Al. Sa se calculeze intensitatea curentului electric furnizat de anod ,daca masa lui este de 9 kg,durata de folosire este de 26,8 ani,iar eficienta protectiei ( randamentul de curent ) este 90%.Scrieti reactiile redox partiale si reactia globala in cazul coroziunii instalatiei metalice din Zn neprotejata si in cazul aceleasi instalatii protejata cu anozi de sacrificiu din Al , presupunand ca mediul coroziv este un mediu apos acid , apoi un mediu coroziv apos bazic. F = 96500 C / mol = 26 A.h /mol ;A_Al = 27g / mol;1C =1 A.1 s.;z _Al = 3.