, где к – электрохимический эквивалент.

Выход по току:

Удельный расход энергии:

52. Коррозия металлов. Химическая и электрохимическая коррозия.

Коррозия – это разрушение металла в результате его физико-химического взаимодействия с окружающей средой. При этом металлы окисляются и образуются продукты, состав которых зависит от условий коррозии.

Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток. При химической коррозии происходит прямое гетерогенное взаимодействие металла с окислителем окружающей среды.

По условиям протекания:

А) газовая коррозия – в газах и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах.

Б) коррозия в неэлектролитах – агрессивных органических жидкостях, таких как сернистая нефть и т.д.

Электрохимическая коррозия – характерна для сред, имеющих ионную проводимость. Процесс электрохимической коррозии включает анодное растрворение металла и катодное восстановление окислителя. Может протекать в электролитах (водных растворах солей, кислот, щелочей, в морской воде), в атмосфере любого влажного газа, в почве.

Также существует коррозия за счет внешнего электрического тока, это особый вид электрохимической коррозии.

 

53. Основные методы борьбы с коррозией.

Коррозию можно затормозить изменением потенциала металла, снижением концентрации окислителя, изоляцией поверхности металла, изменением состава металла.

Методы защиты от коррозии делятся на:

Легирование металла – эффективный метод повышения стойкости металла. При легировании в состав вводят компоненты, вызывающие пассивность металла и коррозии (Cr, Ni, Wf)

Защитное покрытие – слой, искусственно создаваемый на поверхности металлических изделий. Металлические покрытия – анодные (менее благородные металлы, Zn для Fe), катодные – более благородные (Sn для Fe), неметаллические – органические (лаки-краски, резина, битум, асфальт), неорганические (эмалирование, торкретивание (бетонирование)), химические – коррозионно-стойка пленка соединения защищаемого металла (например оксидная).

Электрохимическая защита – метод основан на торможении анодных или катодных реакций коррозийного процесса. Осуществляется присоединением к конструкции более активного металла – проектора, а также катодной или анодной поляризацией за счет приложенного извне тока.

Изменение свойств коррозийной среды – для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозийном отношении. Вводят ингибиторы, которые снижают скорость коррозии.

Рациональное конструирование – исключение наличия или сокращение числа и размеров коррозионно-опасных участков, а также спец защита таких участков.

54. Кристаллическое состояние вещества. Химическая связь в кристаллах.

Кристаллическое состояние характеризуется дальним порядком, т.е. трехмерной периодичностью структуры по всему объему твердого тела. Регулярное расположение частиц в твердом теле изображается в виде решетки, в узлах которой находятся те или иные частицы, соединенные воображаемыми линиями.

Деление химической связи на типы носит условный характер. Для металлической связи характерны некоторые признаки ковалентной, если принять во внимание перекрывание атомных орбиталей атомов. В образовании водородной связи, помимо электростатического взаимодействия, не последнюю роль играет ДА характер взаимодействия.

В реальных веществах в чистом виде типы связей не встречаются, поэтому возможен переход между всеми типами – ионной, ковалентной, металлической и остаточной связью.

 

55. Сущность физико-химического анализа. Правило фаз. Диаграмма состояния воды.

Правило фаз Гиббса – число степеней свободы С, фаз Ф, независимых компонентов К и внешних условий n, влияющих на равновесие, связаны соотношением С+Ф=К+n

В основе метода ФХА лежит изучение свойств равновесной системы, зависимости ее от параметров состояние. Эти зависимости получают в виде диаграммы состав-свойство и (или) состав-температура. В методе ФХА широко используется изучение зависимости температуры кристаллизации или плавления от состава. Получают кривые охлаждения. Для этого охлаждают расплавы веществ и их смесей и наблюдают изменение во времени.

Метод ФХА заключается в изучении зависимости между свойствами двух многокомпонентных систем и их параметрами.

2 основных принципа ФХА (Курнаков):

1) принцип непрерывности. При непрерывном изменении параметров состояния свойства отдельных фаз системы изменяются также непрерывно. Свойства системы в целом изменяются непрерывно до тех пор, пока не изменится число или характер фаз.

2) принцип соответствия. Каждой совокупности фаз, находящихся в равновесии в данной системе отвечает на диаграмме состояния (например плавкости) определенный геометрический образ.

Диаграмма состояния воды. Области между кривыми – однофазные (с=2), кривые соответствуют состоянию равновесия (с=1) ОС – равновесие процесса кипения. Кривая ОС оканчивается критической точкой. Вода выше критической точки переходит в сверхкритическое состояние, свойства между жидкостью и газом. ОВ – кривая плавления, ОА – процесс сублимации (перехода из твердого в газообразное минуя жидкое), ОД – поведение воды в неустойчивом состоянии. Точка О – тройная точка, точка общего равновесия (610 Па, 275.5 К)

 

56.Основные принципы построения диаграммы плавкости бинарных систем. Термографический анализ. Кривая нагревания и охлаждения.

Сущность ТГА – снятие кривых охлаждения. Характерные точки – точки начала и конца кристаллизации. По геометрическому образу судят об изменениях в системе.

Диаграмма плавкости веществ с неограниченной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состоянии

Диаграмма температура–состав строится на основании кривых охлаждения (нагревания). Кривые охлаждения – графическое изображение зависимости температуры от времени для исходных чистых веществ A и B и их смесей различного состава. Вид этих кривых свидетельствует о наличии или отсутствии фазовых превращений при некоторых определенных температурах или в интервале температур.

57.Диаграмма плавкости однокомпонентной системы на примере воды.

Начнем изучение фазовых превращений все с той же чистой воды. Для этого заключим ее в герметичный сосуд с поршнем, где ее состоянием легко управлять, меняя внешнее давление на поршень и нагревая или охлаждая сосуд. Важно понять, что никаких других способов воздействовать на фазовое состояние воды в сосуде, его при этом не открывая, у нас нет^[1]. Поэтому все «события», связанные с фазовыми превращениями в замкнутом сосуде, должны быть функцией только р и Т.

Обратим внимание на одно обстоятельство: если во внешней среде поддерживается постоянная температура Т, то через некоторое время такая же температура установится во всех фазах системы. Это положение подтверждается нашим каждодневным опытом — при наличии контакта температуры разных тел выравниваются.

То же самое справедливо и в отношении давления, но с одной оговоркой: давление в разных фазах одинаково и равно внешнему, если все поверхности раздела между фазами плоские^[2]. Тогда равенство давлений сразу следует из механического равновесия поверхности раздела. Если же поверхности раздела имеют конечный радиус закругления, то приходится принимать во внимание и силы поверхностного натяжения. Однако в дальнейшем мы будем предполагать, что границы фаз всегда плоские. С учетом этих замечаний состояние системы характеризуется общими для всех фаз значениями давления и температуры.

Прежде всего желательно выяснить, при каких внешних условиях происходит фазовое превращение. Для определенности остановимся на испарении воды. Если зафиксировать нормальное атмосферное давление, то вода в нашем сосуде начнет испаряться при 100 °С. При более низких температурах поршень в сосуде будет «лежать» на воде, и пара в системе не будет.

Рис. 1

Изменив давление, мы изменим и температуру начала испарения. Можно свести все данные о фазовом превращении в таблицу из двух колонок: в одной указывать давление, а в другой — температуру начала испарения. Но еще удобнее изобразить данные таблицы графически в виде зависимости температуры от давления (рис. 1). Точно так же можно в виде графиков представить данные и о двух других фазовых превращениях, которые могут происходить в системе,— превращениях вода ⇔ лед и лед ⇔ пар. В результате получим такую диаграмму, как на рисунке 2.

58. Поверхностные явления. Понятие поверхностного натяжения.

Пове́рхностные явле́ния — совокупность явлений, обусловленных особыми свойствами тонких слоёв вещества на границе соприкосновения фаз. К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряжённых фаз.

Поверхностные явления обусловлены тем, что в поверхностных слоях на межфазных границах вследствие различного состава и строения соприкасающихся фаз и соответственно из-за различия в связях поверхностных атомов и молекул со стороны разных фаз существует ненасыщенное поле межатомных, межмолекулярных сил. Вследствие этого атомы и молекулы в поверхностных слоях образуют особую структуру, а вещество принимает особое состояние, отличающееся от его состояния в объеме фаз различными свойствами. Поверхностные явления изучаются коллоидной химией.

Поверхностное натяжение, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз (размерность Дж/м²). Согласно другому определению, поверхностное натяжение – сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.

Поверхностное натяжение – основная термодинамическая характеристика поверхностного слоя жидкости на границе с газовой фазой или другой жидкостью. Поверхностное натяжение различных жидкостей на границе с собственным паром изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих газов до нескольких тысяч мН/м для расплавленных тугоплавких веществ. Поверхностное натяжение зависит от температуры. Для многих однокомпонентных неассоциированных жидкостей (вода, расплавы солей, жидкие металлы) вдали от критической температуры хорошо выполняется линейная зависимость:

59. Адсорбция и абсорбция

Адсорбция— это, в широком смысле, процесс изменения концентрации у поверхности раздела двух фаз, а в более узком и употребительном — это повышение концентрации одного вещества (газ, жидкость) у поверхности другого вещества (жидкость, твердое тело).

Поглощаемое вещество, ещё находящееся в объёме фазы, называют адсорбтив, поглощённое — адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твёрдым веществом (в случае газа и жидкости) или жидкостью (в случае газа) — адсорбентом. При этом, как и в общем случае адсорбции, происходит концентрирование примеси на границе раздела адсорбент-жидкость либо адсорбент-газ. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы, называется десорбция.

Абсо́рбция (лат. absorptio от absorbere — поглощать) — поглощение сорбата всем объёмом сорбента. Является частным случаем сорбции.

В технике и химической технологии чаще всего встречается абсорбция (поглощение, растворение) газов жидкостями. Но известны и процессы абсорбции газов и жидкостей кристаллическими и аморфными телами (например, абсорбция водорода металлами, абсорбция низкомолекулярных жидкостей и газов цеолитами, абсорбция нефтепродуктов резинотехническими изделиями и т.п.).

60. Поверхностное натяжение растворов. Изотерма адсорбции.

Изотерма адсорбции (англ. adsorption isotherm) — зависимость количества адсорбированного вещества (величины адсорбции) от парциального давления этого вещества в газовой фазе (или концентрации раствора) при постоянной температуре.

Описание

Экспериментальные изотермы адсорбции являются наиболее распространенным способом описания адсорбционных явлений. Методы получения адсорбционных данных для построения изотерм адсорбции основаны на измерении количества газа (жидкости), удаленного из газовой (жидкой) фазы при адсорбции, а также на различных способах определения количества адсорбата (адсорбированное вещество) на поверхности адсорбента (адсорбирующее вещество), например, волюметрический метод, гравиметрический метод и др.

Различают шесть основных типов изотерм адсорбции (см. рис.). Тип I характерен для микропористых твердых тел с относительно малой долей внешней поверхности. Тип II указывает на полимолекулярную адсорбцию на непористых или макропористых адсорбентах. Тип III характерен для непористых сорбентов с малой энергией взаимодействия адсорбент-адсорбат. Типы IV и V аналогичны типам II и III, но для пористых адсорбентов. Изотермы типа VI характерны для непористых адсорбентов с однородной поверхностью.

Изотермы адсорбции используются для расчета удельной поверхности материалов, среднего размера пор или среднего размера нанесенных частиц, распределения пор или частиц по размерам.

Существует несколько методов математического выражения изотерм адсорбции, различающихся моделями, использованными для описания процесса адсорбции. При малых степенях покрытия поверхности адсорбатом для однородной поверхности уравнение изотермы адсорбции имеет вид уравнения Генри: a = Kp, где a — величина адсорбции, p — давление газа, K — константа. При средних степенях покрытия может быть применено эмпирическое уравнение Фрейндлиха: a = kpⁿ, где k и n — константы.

Строгая теория изотермы адсорбции была предложена И. Ленгмюром для модели монослойной адсорбции на однородной поверхности, в которой можно пренебречь силами притяжения между молекулами адсорбата и их подвижностью вдоль поверхности. Уравнение изотермы Ленгмюра имеет вид: a = a_mbp/(1 + bp), где b — адсорбционный коэффициент, зависящий от энергии адсорбции и температуры; a_m — емкость монослоя.

Дальнейшее развитие теории состояло в исключении того или иного допущения, использованного Ленгмюром. Так, С. Брунауэром, П. Эмметом и Э. Теллером была предложена теория полимолекулярной адсорбции (метод БЭТ); Т. Хилл и Я. де Бур разработали теорию, учитывающую взаимодействие между адсорбированными молекулами (изотерма Хилла–де-Бура), и т. д.