Klasifikacija Procesa Korozije

KLASIFIKACIJA PROCESA KOROZIJE Procesi korozije klasificiraju se prema: 

materijalu koji korodira -



mehanizmu odvijanja procesa (metali) -



ili

vrsti postrojenja

korozija u metalurgiji hemijskoj industriji prehrambenoj industriji rudarstvu

- generatorima pare - sistemi za grijanje i hlađenje - motori s unutrašnjim sagorjevanjem - cjevovodima

geometrijskom obliku korozijskog razaranja -



korozija u slatkoj vodi korozija u morskoj vodi korozija u tlu atmosferska korozija korozija u kiselinama korozija u alkalijama korozija u solima

industrijskoj grani -



hemijsku elektrohemijsku

sredini u kojoj se nalazi konstrukcijski materijal -



korozija metala korozija nemetala (organski i neorganski)

opšta lokalna selektivna interkristalna

posebne vrste korozije (kada djeluju mehanički, biološki i drugi štetni uticaji) - naponska korozija - eroziona korozija - mikrobiološka korozija - korozija usled djelovanja lutajućih struja - fotohemijska korozija

1

TERMODINAMIKA KOROZIJE Korozija nastaje zbog prirodne težnje metala da pređe u stabilno stanje. Najme, u prirodi se metali nalaze u obliku oksida, sulfida, hlorida, karbonata i slično. Procesima redukcije iz ruda se dobijaju metali u elementarnom stanju, odnosno iz stabilnog stanja dovode se u nestabilno stanje, tj. u stanje sa povišenim energetskim sadržajem. Tako dobijeni metali teže da se ponovo vrate u stabilno – niže energetsko stanje, u kojem se nalaze u prirodi. Najočitiji primjer takvog ponašanja su predmeti, oprema i konstrukcije od gvožđa, koji korodiraju kada su izloženi uticaju okoline, obrazujući jedinjenja od kojih je metal dobijen. Gvožđe se dobija iz magnetita redukcijom sa koksom: Fe3O4 + 2C → 3Fe + 2CO2 Proces se izvopdi u visokoj peći uz znatan utrošak energije, što znači da se gvožđe kao i njegovi proizvodi nalaze na većem energetskom nivou od rude iz kojeg je dobijeno, pa su stoga proizvodi od gvožđa nepostojani u prisustvu kisika i drugih agenasa korozije. Korozija gvožđa može se prikazati slijedećom jednačinom: 3Fe + 2O2 → Fe3O4 Ova jednačina pokazuje da se na površini gvožđa stvara produkt korozije koji je istog sastava kao i jedinjenje iz koga je dobijeno.

1

Energija

2

3Fe + 2O2

Fe3O4 + 2C → 3Fe + 2CO2

Na slici 1. prikazana je promjena energije sa vremenom na primjeru gvožđa. Način i brzina prelaska gvožđa u svoje jedinjenje zavise od sredine u kojoj se korozija odvija (pravci 1 i 2 na slici 1).

F Fe3O4 e

→

Slika 1. Shematski prikaz promjene energije sa vremenom na primjeru gvožđa

Fe3O4

2 Vrijeme

Isto tako i produkti korozije drugih metala, po izgledu i hemijskom sastavu se ne razlikuju od odgovarajućih ruda u prirodi. Osim korozije gvožđa, postoje brojni slični primjeri korozije metala čiji se produkti korozije, po izgledu i hemijskom sastavu ne razlikuju od odgovarajućih ruda u prirodi. Tako, na primjer, predmeti od srebra gube sjaj pod uticajem atmosfere u kojoj ima sumpor vodika. Na površini se stvara srebrosulfid, koji je crne boje i koji ne dovodi do znatnog gubitka plemenitog metala. Da bi se vratio sjaj srebra, površina predmeta se mora često čistiti. Sličan primjer se susreće i kod bakra. Bakarna obloga (patina) na limovima od bakra je zelenkaste boje i ima zaštitnu ulogu. Postoje metali, kao što su zlato i platina, koji su poznati kao plemeniti metali, jer praktično ne korodiraju. Međutim, i ovi metali su nepostojani u određenim elektrolitima. Nasuprot zlatu i platini, postoje metali koji tako brzo korodiraju da se njihov stvarni metalni izgled može vidjeti samo u trenutku rezanja ili struganja. U tu grupu spadaju alkalni metali. Mogućnost pojave korozije određuje se preko znaka promjene Gibsove (Gibbs) slobodne energije reakcije po kojoj se odvija proces korozije. Slobodna energija zavisi od temperature i konstante ravnoteže reakcije : ∆G = - RT lnKr gdje je: Kr – konstanta ravnoteže (odnos aktiviteta produkata i reaktanata reakcije) R – univerzalna gasna konstanta (8.314 J/molK) T – apsolutna temperatura (K). Negativna promjena slobodne energije prilikom prelaska iz jednog u drugo stanje označava gubitak slobodne energije i smijer spontane reakcije sistema, pri čemu imamo da sistem prelazi u stanje najmanje energije (slika 1). U opštem slučaju za reakciju: aA + bB → cC + dD ako je ∆G < 0, reakcija se odvija u pravcu nastajanja produkata korozije ako je ∆G > 0, u pravcu njihovog razaranja (reakcija s desna u lijevo) ako je ∆G = 0, reakcija je u ravnoteži, tj. sistem je u ravnotežnom stanju. Dakle, negativna vrijednost promjene slobodne energije označava spontan tok reakcij, odnosno koroziju metala. Ova veličina svojim znakom pokazuje samo smijer, ali ne i brzinu reakcije, pa se zato na osnovu promjene slobodne energije nemože ni predvidjeti brzina korozije. Prema tome, velika negativna vrijednost ∆G ne mora biti popraćena velikom brzinom korozije. Međutim, ako ∆G ima pozitivnu vrijednost, to znači da se pod datim uslovima reakcija neće spontano odvijati. Tako na primjer za reakciju: 2Mg + 2H2O + O2 → 2Mg(OH)2

3

∆G = - 597 kJ/mol

će se spontano odvijati, jer je ∆G negativno, i označava da Mg korodira u vodi u kojoj ima rastvorenog kisika. Za reakciju: 2Cu + 2H2O + O2 → 2Cu(OH)2

∆G = - 119,3 kJ/mol

negativna vrijednost energije i ove rakcije pokazuje da se reakcija odvija spontano, ali sa znatno manjom promjenom slobodne energije. Međutim za reakciju: 2Au + 2H2O + O2 → 2Au(OH)2

∆G = + 65,6 kJ/mol

što znači da je zlato postojano u vodi. Kod elektrohemijske korozije mogućnost pojave korozije metala određuje se preko znaka promjene slobodne energije reakcije, po kojoj se odvija proces korozije. Promjena slobodne energije izračunava se pomoću jednačine: ∆G = - z ⋅ F ⋅ ∆E gdje je: z – broj elektrona koji učestvuju u reakciji F – Faradejeva konstanta (96500 C/mol) ∆E – razlika potencijala pozitivne i negativne elektrode.

4