Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali-ćwiczenia

Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ
inhibitorów korozji
Wymagane wiadomości
Podstawy korozji elektrochemicznej, podstawy kinetyki procesów elektrodowych, równanie
Tafela, równanie Butlera-Volmera, podstawy metod ochrony przed korozją
Wprowadzenie
Miarą intensywności procesu korozyjnego jest masowa szybkość korozji r:
r = Δm/tA
(1)
gdzie: Δm - ubytek masy metalu wskutek korozji, t – czas procesu, A – pole powierzchni
korodującego metalu. W przypadku korozji elektrochemicznej elektrycznym odpowiednikiem
masowej szybkości korozji jest gęstość prądu korozji. Jeśli anodowa reakcja, która
powoduje zniszczenia korodującego metalu, jest wyrażona równaniem:
M → Mz+ + ze
(2)
to zgodnie z prawem Faraday'a:
Δm = (M/zF)Ikort
(3)
gdzie: M - masa atomowa metalu, z - ilość elektronów wymienianych w reakcji anodowej, F stała Faraday'a, Ikor - prąd korozji. Stąd wynika proporcjonalność pomiędzy masową
szybkością korozji r i gęstością prądu korozji jkor = Ikor/A:
r = (M/zF)Ikort/tA = (M/zF)jkor
(4)
Gęstość prądu korozji można wyznaczyć na podstawie analizy krzywej polaryzacji. W
pobliżu potencjału korozyjnego biegną równocześnie anodowe i katodowe reakcje korozyjne
(rys. 1) i jeśli obie te reakcje zachodzą z nadpotencjałem aktywacyjnym (najwolniejszym
etapem jest reakcja elektrodowa), to zależność gęstości prądu od przyłożonego potencjału E
(linia ciągła na rys. 1) wyraża równanie Butlera-Volmera:
j = jkor{exp[2,303(E - Ekor)/ba] - exp[-2,303(E - Ekor)/bk]}
(5)
Pierwszy człon prawej części tego równania opisuje gęstość prądu reakcji anodowej ja, a drugi
człon – gęstość prądu reakcji katodowej jk (rys. 1). Wielkościami niewiadomymi są jkor oraz
stałe Tafela ba i bk. Te wielkości są wyznaczane metodą iteracyjną, przez dopasowanie
parametrów powyższego równania do zarejestrowanej zależności prąd (gęstość prądu) potencjał.
Szybkość korozji można też oszacować na podstawie pomiaru elektrochemicznej
spektroskopii impedancyjnej. Impedancja elektrochemiczna oznacza impedancję układów,
w których zachodzą rekcje elektrochemiczne, na przykład układu: roztwór elektrolitu – metal.
Zasadę pomiaru impedancji elektrochemicznej pokazano na rys. 2. Badana elektroda jest
polaryzowana sumą potencjału stałego E i sinusoidalnego ΔE.sin(ωt). Analiza sinusoidalnego
napięcia pobudzającego i sinusoidalnej odpowiedzi prądowej układu pozwala wyznaczyć jego
impedancję przy potencjale E. Pomiar impedancji elektrochemicznej jest dokonywany w
szerokim zakresie częstotliwości (stąd nazwa: elektrochemiczna spektroskopia
impedancyjna), co pozwala uzyskać wszechstronną informację o badanym układzie
elektrochemicznym. Uzyskiwane dane (widma impedancyjne) są przedstawiane w na
płaszczyźnie zespolonej: składowa urojona impedancji Z”- składowa rzeczywista impedancji
Z’ (rys. 3). Na rys 3 pokazano też najprostsze widmo impedancyjne dla układu z reakcją
elektrochemiczną, której szybkość określona jest przez rekcję elektrodową.
1
j
ja
j = ja + jk
jk
Ekor
E
Rys. 1. ... zobacz całą notatkę