ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия кинетики электрохимических реакций из "Кинетика коррозионного разрушения металла подземного трубопровода" Электрохимической реакцией называют процесс передачи металлическому электроду или изъятия от металлического электрода реагентами среды электронов, что обусловливает пространственное перемещение электрических зарядов - электрический ток. [c.3] Электрохимический аспект коррозионного разрушения трубной стали на основе железа обусловливается реакцией окисления поверхностных атомов железа кристаллической решетки наружной стенки трубопровода. [c.3] В нейтральной водной среде при отсутствии сильных химических реагентов окисление поверхностных атомов протекает преимущественно за счет обменного взаимодействия, в результате которого в приповерхностном пространстве электрода образуется двойной электрический слой. [c.3] В общем случае скорость коррозионного процесса определяют такие параметры, как объем, площадь, концентрация, потенциал, диффузия, миграция, электропроводность, вязкость и т.д. [c.3] На корродирующей поверхности металла, как правило, одновременно протекают многочисленные окислительно-восстановительные реакции, интенсивность каждой из которых обусловливается набором конкретных специфических условий, и каждая из которых по-своему влияет на концентрацию электрических зарядов в двойном слое, т.е. на потенциальные характеристики электрического поля двойного слоя. Например, в однородной изотропной среде, реакция окисления поверхностных атомов металла увеличивает значение катодного (отрицательного) потенциала металлической поверхности, а реакция восстановления смещает потенциал поверхности в область анодных (менее отрицательных или более положительных) значений. [c.3] Поэтому интенсивность коррозионного процесса зависит от интенсивности образования промежуточных продуктов реакций. Причем, как очевидно, суммарная скорости коррозионного процесса (скорость образования продуктов коррозии) не может превышать скорость протекания самой медленной стадии. [c.4] В большинстве случаев скорости протекания разных стадий реакций существенно различаются и, как правило, протекание одной из стадий равновесного электрохимического процесса может быть затруднено настолько, что ее ток обмена намного ниже, чем других стадий и тогда результирующая скорость процесса полностью зависит лишь от скорости протекания затрудненной (самой медленной ) стадии. Такую стадию условно называют замедленной. [c.4] Стадии, где промежуточные вещества или продукты реакций могут образовываться значительно быстрее, чем в замедленной стадии, в этом случае условно называют быстрыми. [c.4] Вполне очевидно, что, в силу законов сохранения баланса вещества и электрических зарядов, в равновесной электрохимической реакции увеличение скорости быстрых стадий не может влиять на суммарную скорость процесса, тогда как изменение скорости замедленной стадии может существенно влиять на суммарную скорость процесса. [c.4] В общем случае суммарная скорость реакции и скорость замедленной стадии относятся как простые целые числа, которые легко рассчитать, если известен весь механизм реакции [1]. [c.4] При стационарном (установившемся при конкретных физических условиях) протекании реакции, процессы всех быстрых стадий, в отличие от замедленной, остаются практически равновесными. [c.5] В квантовой механике обменным взаимодействием называют процесс, обладающий определенной симметрией относительно перестановки тождественных частиц, когда результат перестановки приводит к неразличимым для наблюдателя конечным следствиям. [c.5] Неразличимость конечного следствия (результата) некоторых термодинамических, электрохимических и других процессов от методов их описания позволяет расширить область применения понятия обменного взаимодействия, например, перенести это понятие на процессы с участием не тождественных, но одинаковых частиц. [c.5] При рассмотрении обратимой реакции одно из направлений этой реакции называют прямым, а другое - обратным. Как правило, прямой реакцией называют гакое направление, которое обеспечивает достижение рассматриваемого или ожидаемого результата. [c.5] Первоначально, когда железный электрод только что погружен в нейтральную водную среду, отдельных изолированных в пространстве электрических зарядов нет. Поэтому реакция (8) протекать не может, а реакция окисления атомов железа (9) протекает, о чем свидетельствует, например погружение в воду изделия из серебра. [c.6] Если в чистую воду погрузить изделие из серебра, то, через некоторое время в любой пробе воды можно будет обнаружить ионы серебра. Результаты такого эксперимента свидетельствуют о том, что в воде образуются катионы металла, несущие положительный электрический заряд. Но в этом случае, в силу закона сохранения заряда, на поверхности металла должны накапливаться отрицательные электрические заряды, носителями которых являются избыточные электроны, оставшиеся после ионизации. Следовательно, после начала реакций окисления создаются предпосылки для протекания реакции восстановления атомов железа (8). [c.6] Феноменология окислительного процесса в нейтральной водной среде показана в работе [2]. [c.6] Характерной чертой реакций (2-7) является участие в них свободных электронов, т.е. электронов в зоне проводимости металла. Скорость таких процессов строго пропорциональна числу электронов, подводимых к электроду и отводимых от него в единицу времени. Поэтому если на электроде протекает только один процесс, то его суммарная скорость строго пропорциональна току, протекающему через электрод. [c.7] Физический смысл формулы (10) заключается в том, что при прохождении через поверхность (5) электрода количества электричества равного числу Фарадея (Q = Р) в электрохимической реакции окисляется или восстанавливается один электрохимический эквивалент вещества. Это связано со стехиометрией реакции, поскольку на каждый участвующий в ней электрон приходится строго определенное количество атомов (ионов) вещества. [c.7] Материальный баланс вещества в коррозионном процессе -это, прежде всего, совпадение потери массы металла электрода (АМ) с суммарным количеством этого металла, находящегося в продуктах коррозии, что является доказательством правильности уравнения (9). [c.7] Вернуться к основной статье