ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΔΥΤΙΚΗΣ ΑΤΤΙΚΗΣ

Σημειώσεις για το εργαστήριο της Φυσικοχημείας: 

Άσκηση Νο 5 

Στο θεωρητικό τμήμα, αναφέρετε το τι είναι διάβρωση (σελ. 40, &1.1) και τις μονάδες της (σελ. 41, &1.2 αρχή), ονομαστικά τα είδη διάβρωσης (σελ. 40, &1.1), τον χημικό και ηλεκτροχημικό μηχανισμό της (σελ. 41, &1.2) και τέλος τον σχηματισμό πολλών μικρο-γαλβανικών στοιχείων, όπου στην μεν άνοδο (ανοδικές περιοχές) παρατηρούμε οξείδωση, ενώ στην κάθοδο (καθοδικές περιοχές) παρατηρούμε αναγωγή (σελ. 41, &1.1, 4η &). Αναφέρετε ονομαστικά τις τέσσερις μεθόδους προστασίας των μετάλλων από την διάβρωση (σελ. 42, &1.3) 

Στο πειραματικό μέρος αναφέρετε την πορεία του πειράματος, όπως στο 2.1.3 &1και 2 στην σελίδα 44 των σημειώσεων. 

Στα αποτελέσματα αναφέρετε τις παρατηρήσεις σας, δηλαδή: 

1. Στο σιδερένιο καρφί με σύρμα χαλκού παρατηρείται έντονο κυανό χρώμα

2. Στο σιδερένιο καρφί με το έλασμα ψευδαργύρου παρατηρείται ερυθρό χρώμα και 

3. Στο σιδερένιο καρφί παρατηρείται σε ορισμένες, μικρής έκτασης περιοχές αχνό ερυθρό χρώμα και σε άλλες περιοχές αχνό κυανό χρώμα 

4. Η ένταση και η έκταση των χρωμάτων αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου.

Στα συμπεράσματα μπορείτε να αναφέρετε τα εξής ανά περίπτωση. 

Στην 1η περίπτωση σιδήρου – χαλκού (κυανό χρώμα) Το κυανό χρώμα είναι αποτέλεσμα του σχηματισμού σιδηροκυανιούχου σιδήρου. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να παρήχθησαν ιόντα σιδήρου, άρα έχουμε διάβρωση του σιδήρου, σύμφωνα με την ημι-αντίδραση Fe →Fe2+ + 2e E 0 = + 0,441 (1) Η (1) είναι μια ημι-αντίδραση οξείδωσης, παράγονται ηλεκτρόνια, άρα είναι άνοδος σε ένα γαλβανικό στοιχείο. Στις ανοδικές λοιπόν περιοχές έχουμε διάβρωση, αφού παράγονται ΙΟΝΤΑ σιδήρου. Τα ιόντα σιδήρου αντιδρούν με τα προστιθεμένα θειοκυανιούχα ιόντα προς τον κυανούν σιδηροκυανιούχο σίδηρο, (2) 3Fe2+ - 2[Fe(CN)6 ] 3- → Fe3 [Fe(CN)6 ]2 (κυανούν του Βερολίνου) 
Τα παραγόμενα ηλεκτρόνια μπορούν να συμμετάσχουν στις παρακάτω ημι-αντιδράσεις: Cu2+ + 2e →Cu E 0 = 0,3441 (3) 
Από την (2) συμπεραίνουμε ότι ο χαλκός ΔΕΝ διαβρώνεται, άρα, σε επαφή με σίδηρο ο χαλκός προστατεύεται. Οι (1) και (3) μας δίνουν την (4) Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu E 0 = 0,7851 (4) Με θετικό δυναμικό, η αντίδραση οδεύει προς τα δεξιά και ο σίδηρος θα διαβρώνεται, όπως στο Σχήμα 1, σελίδα 43, οι δύο εικόνες δεξιά. (Απλά αντικαταστήστε τον κασσίτερο με τον χαλκό. Και τα δύο αυτά μέταλλα επιταχύνουν την διάβρωση του σιδήρου, όπως και το κάθε μέταλλο που είναι χαμηλότερα από τον σίδηρο στον Πίνακα δυναμικών στις σελίδες 32 και 33). 
Άλλες ημι- αντιδράσεις, δεσμευτές ηλεκτρονίων, είναι οι ακόλουθες: 2e + ½ O2 + H2 O → 2OH- (αλκαλικό περιβάλλον) (5) 2e + 2H+ → H2 ↑ (έκλυση αερίου υδρογόνου) (6) Τέλος έχουμε τις ακόλουθες αντιδράσεις: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 ↓ (Αδιάλυτο ίζημα) (7) Fe2+ + 2H2 O → Fe(OH)2 ↓ + 2H+ (8) Λόγω της (5) θα μπορούσαμε να έχουμε ερυθρό χρώμα, αλλά είτε λόγω του έντονου κυανού χρώματος, είτε λόγω της (7) δεν παρατηρείται (όχι όμως ότι δεν υπάρχουν υδροξύλια).
Στην 2η περίπτωση σιδήρου – ψευδαργύρου Παρατηρούμε ερυθρόν χρώμα, άρα έχουμε αλκαλικό περιβάλλον, δηλαδή ιόντα υδροξυλίου. Άρα έχει πραγματοποιηθεί η (5) αντίδραση. Έχουμε δηλαδή αναγωγή του οξυγόνου, άρα είναι η κάθοδος και οι περιοχές καθοδικές, όπου ΔΕΝ παρατηρείται διάβρωση
Τα ηλεκτρόνια της (5) έχουν παραχθεί από την παρακάτω αντίδραση (9) Zn →Zn2+ + 2e E 0 = 0,7611 (9) και όχι από την (1) γατί τότε θα είχαμε κυανούν χρώμα. Η αντίδραση (9) σημαίνει ότι διαβρώνεται ο ψευδάργυρος, όπως στο σχήμα 1, σελ. 43, τα δύο σχήματα αριστερά, όπου βλέπουμε ότι το κενό στον ψευδάργυρο έχει μεγαλώσει, ενώ ο σίδηρος είναι ανέπαφος. 
Τέλος έχουμε τις ακόλουθες αντιδράσεις: Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2 ↓ (Αδιάλυτο ίζημα) (10) Zn2+ + 2H2 O → Zn(OH)2 ↓ + 2H+ (11) αντίστοιχες με τις (7) κι (8), καθώς και της (9). Λόγω της (10) το λευκό αδιάλυτο ίζημα του υδροξειδίου του ψευδαργύρου επικάθεται στο έλασμα του ψευδαργύρου, προσδίδοντας του το λευκό χρώμα. 
3η περίπτωση του καρφιού του σιδήρου Στην περίπτωση αυτή έχουμε έναν συνδυασμό των δύο παραπάνω περιπτώσεων, με τοπικά μικρο- γαλβανικά στοιχεία, όπου παρατηρείται διάβρωση (εξ. Νο 1), ιδιαίτερα σε περιοχές με υψηλή μηχανική καταπόνηση, διαπιστωμένη από το κυανούν χρώμα. Σε άλλες περιοχές έχουμε μεταφορά των ηλεκτρονίων της διάβρωσης (από την εξ. Νο1) και παραγωγή επομένως υδροξυλο- ιόντων (εξ.Νο 5), ανιχνευμένων με το ερυθρό χρώμα της φαινολοφθαλεϊνης.