Korrosions instuderingsfrågor Flashcards
Vad är det för skillnad mellan standard- och jämviktspotentialer?
Under vilka förutsättningar gäller de?
När en delreaktion är i jämvikt går den åt bägge håll med samma hastighet så at ingen
förändring sker av några koncentrationer. Den har då sin jämviktspotential, Φ(i o ) för de
aktiviteter /koncentrationer och vid den temperatur som gäller just i den miljön. (Hastigheten
på reaktionen i jämvikt kallas utbytesströmtäthet, i o .)
Standardtillståndet för en delreaktion är när alla aktiviteter/koncentrationer är 1 i respektive
enhet, t.ex. mol/liter av alla joner i lösning och temperaturen är 25°C. I det tillståndet har den
sin standardpotential. Standardpotentialen för vätejonredutktion, 2H+ + 2e- H2 , är satt till 0
V och alla potentialer bestäms jämfört med den. Standarpotentialen finns tabeller och kan
användas för att räkna ut jämviktspotentialer i andra miljöer.
En bit koppar exponeras i en vattenlösning som innehåller en svag lösning (~ 10 -
3 M) av kopparsulfat. Eftersom sulfatet är helt löst finns jonerna Cu2+ och SO42- i
lösningen.
Antag att det finns syre i vattenlösningen.
Skulle koppar korrodera i den här lösningen? Motivera med hjälp av lämpliga
potentialer i tabellen.
Vilka reaktioner skulle ske?
Inom vilket intervall skulle korrosionspotentialen hamna?
ör att korrosion skall ske måste dessa villkor vara uppfyllda:
* Jämviktspotentialen för katodreaktion > J.vkt. pot. för anodreaktionen. Man jämför
jämviktspotentialerna för att se om en metall i en miljö korroderar.
* Reduktionsmedel, dvs det som förbrukas i katodreaktionen finns att tillgå.
* Elektrolyt som kan leda joner mellan anod och katod, antingen över korta
avstånd som vid allmänkorrosion, eller längre i andra mekanismer
* Elledning mellan anod och katod i metallen (metallerna)
Här gäller Φ(i o )H < Φ(i o ) Cu < Φ(i o )O2
Övriga villkor är också uppfyllda. Koppar korroderar eftersom Φ(i o )Cu < Φ(i o )O2 och det finns
O2 som kan förbrukas. Korrosionspotentialen hamnar i intervallet 0,25-0,81 V
Antag att lösningen först kokas så allt löst syre försvinner och att en kopparbit
sedan exponeras i den kalla syrefria lösningen.
Skulle koppar korrodera i den här lösningen? Motivera med hjälp av lämpliga
potentialer i tabellen
Eftersom O2 försvunnit när man kokat lösningen kan ½O + H2 O + 2e - ↔ 2OH- inte vara
katodreaktion.
Trots att det finns gott om vätejoner (H+ ) i syran är Φ(i o )H < Φ(i o )Cu och 2H+ + 2e-↔ H2 kan
inte heller vara katodreaktion.
Koppar är inert i miljön och korroderar inte
Om Platina exponerades i samma miljö skulle den korroderar med en försumbar
hastighet, ungefär som rostfritt stål skulle göra i samma miljö.
Vad är det för fenomen som gör att det korroderar så långsamt?
Beskriv vad som händer på metallens yta!
Både rostfritt stål och platina passiveras i
miljön. Det bildas en väldigt tunn oxidfilm på
metallens yta av en typ som är ett effektivt
hinder mot transport av metall eller syreatomer
genom oxiden. Därmed kommer angreppet att
pågå med försumbar hastighet. För att det skall
kunna ske måste katodreaktionen i miljön vara
snabb nog att svara mot en anodreaktion med
hastigheten i g gränsströmtätheten som syns i
polarisations-diagrammet
Om man försöker dra ut en spik ur trä händer det ofta att den går av. Vanligen sker detta ett styck under huvudet. Undersöker man spike närmare finner man att det har ett avsevärt minskat tvärsnitt vid brotttillfället. Förklar detta fenomne.
Detta blir en typ av syrekoncentrationscell där det är gott om syre ovanpå spiken och
gradvis minder längre in i trät. Dessutom kommer jonledningen I trät att begränsa angreppets
utberedning. Man får en katodreaktion utanpå spiken och en kort bit in I trät. En liten bit in I
trät kan anodreaktionen fortgå, men längre in kommer den snabbt att bromsas upp då det dels
blir ont om syre och dels svårt att leda bot de Fe2+ som bildas
Det finns en mängd olika knep för att minimera ett korrosionsangrepp. Beskriv hur du
skulle göra i följande fall (ej materialbyte)!
a) Stålskruv i en aluminium-plåt.
b) Båtskrov av olegerat kolstål.
c) En aluminiumkomponent som dessutom skall vara elektriskt isolerad från omgivningen.
Här finns risk för galvanisk korrosion. Det kan man undvika genom att isolera
metallerna från varandra elektriskt, t.ex. med en bricka i plast eller ett keramiskt material.
Isoleringen måste fungera även runt skruven är den går igenom plåten. De elektriska
strömmarna som behöver ledas mellan anod och katod vid galvanisk korrosion är väldigt
små. Därför räcker det med en liten kontakt mellan metallerna för att det skall korrodera.
Lösningen förutsätter också att man skruvar i något som inte är ledande som trä, betong eller
plast. (se även 46)
b) Undre vattenytan kan man skydda skrovet med offeranoder som komplement till
rostskyddsmålning. Det är inte självklart att man vill ha anoder överallt, man kanske
fokuserar på känsliga delar av skrovet.
c) Det framgår inte hur väl den elektriska isoleringen skall fungera. Beläggning med skikt av
plast och emalj kan ge en bar elektrisk isolering. Annars ger anodisering av aluminium ett
relativt tjockt skikt av Al 2 O3 som också är elektriskt ledande, liksom många färger.
För att undvika elektrisk kontakt mellan två metaller med olika elektrokemiska
egenskaper kan man isolera dessa från varandra mha plast- eller gummipackningar. Dessa
måste då sluta helt tätt så att fukt ej tränger in. Förklara så utförligt som möjligt varför så e’r
fallet!
Om fukt tränger in mellan packning och metall finns det en risk för spaltkorrosion,
även om metallerna inte är i kontakt med varandra så man slipper galvanisk korrosion. (se
även 45a). Man får en liten instängd vätskevolym där katodreaktionen avstannar och
anodreaktionen kan fortsätta.
Utformingen av apparater och kemitekniska anläggningar är mycket viktig. Drygt
hälften av alla haveriorsaker inom kemisk industri är felaktig anläggningsdesign. Figurerna i
denna uppgift visar utformningen hos några konstruktioner som är mindre lyckade ur
korrosionssynpunkt. Identifiera de korrosionsproblem som kan uppträda och föreslå en
lämpligare utformning av konstruktionerna.
Eftersom avtappningsventilen inte sitter i botten av tanken
kommer lite vätska att kunna stå kvar i tanken. Om den vätskan får dunsta
kan koncentrationen av lösta ämnen i vätskan öka från en ofarlig till en
farlig nivå. Placera ventilen i botten!
b) Eftersom tanken står direkt på golvet finns det risk att
fukten samlas där så det kan börja korrodera. Ställ tanken på
ben så det blir ventilation under tanken. Eftersom fukten
kan komma från kondens på tankens yta är det bra om den
inte har en platt botten, eller har en krage, vilka bägge
underlättar att kondens droppar av.
c) Här kan strömningskorrosion uppstå om
legeringen är känslig för det. Ett rör med en
stor jämn radie ger ett jämnare flöde i röret
så man kan undvika turbulens.
Är det en bra eller dålig ide att måla på en förzinkad stålplåt i syfte att förbättra
korrosionsmotståndet! Motivera!
b) Är det en bra eller dålig ide att måla över offeranoderna på ett båtskorv i syfte att öka deras
livslängd! Motivera!
c) Är det en bra eller dålig ide att måla stålplåten (båtskrovet) då man samtidigt använder sig
av offeranoder. Motivera!
Zinkskikt skyddar stål genom att vara mindre ädelt och dessutom korrodera
långsammare. Det ger ett katodiskt skydd med ett anodiskt skikt. Genom att måla Zn-skiktet
kan man öka dess livslängd så att Fe skyddas under längre tid, eller så det räcker med ett
tunnare Zn-skikt. Zn skiktet blir ett extra skydd som bara behöver verka om det finns defekter
eller skador på färgskiktet.
b) Offeranoderna skyddar stålkonstruktionen genom att korrodera i stället för Fe och det blir
en katodreaktion på Fe. Hela konstruktionens potential sänks under den normala
korrosionspotentialen för Fe till en nivå där anodreaktionen för korrosion av Fe är
långsammare.
Om man skulle måla offeranoderna skulle de inte längre skydda stålet. Om de inte korroderar
sänks inte potentialen för Fe som kommer att självkorrodera.
c) Om man kombinerar offeranoder med att måla skrovet kommer katodreaktionen inte att bli
så snabb på skrivet, i princip sker den bara där det finns skador i färgskiktet. Därmed kommer
även anodreaktionen Zn Zn2+ + 2e- att bli långsam vilket ökar anodernas livslängd. (Skulle
färgskiktet vara helt felfritt blir det fortfarande självkorrosion av ano
