Kapittel 18: Korrosjon Hvorfor skjer korrosjon? Hvilken effekt har temperatur og omgivelser på korrosjonshastighet? Passivering

Like dokumenter
Studie av overføring av kjemisk energi til elektrisk energi og omvendt. Vi snakker om redoks reaksjoner

Kjemi og miljø. Elektrokjemi Dette kompendiet dekker følgende kapittel i Rystad & Lauritzen: 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 og 10.5

Sitronelement. Materiell: Sitroner Galvaniserte spiker Blank kobbertråd. Press inn i sitronen en galvanisert spiker og en kobbertråd.

Elektrokjemi: Studie av overføring av kjemisk energi til elektrisk energi og omvendt.

8. Ulike typer korrosjonsvern. Kapittel 10 Elektrokjemi. 1. Repetisjon av noen viktige begreper. 2. Elektrolytiske celler

Figur s Figurer kapittel 9: Elektrokjemi. ytre krets. ioner. oksidasjon. reduksjon. indre krets

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 4

Prinsipp; analytten bestemmes som følge av for eksempel måling av spenning, strøm, motstandmålinger. Det finnes flere metoder blant annet:

Galvanic corrosion. Åpen krets: ΔV = E korr (M) - E korr (N) > 0. e - Lukket krets (galvanisk kobling): E M = E N = E kobling

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 8

FLERVALGSOPPGAVER REDOKS-/ELEKTORKJEMI

EKSAMEN TMT4110 og TMT4112 KJEMI

Korrosjon av stålarmering i betong

EKSAMEN I TMT4105 KJEMI

Korrosjon. Øivind Husø

TALM1008 Fysikk og Kjemi Løsning kjemidel kont august 2013

Bruk av Aluminium Offshore & i Industrien

KOSMOS. 5: Elektroner på vandring Figur side Modell av et heliumatom. Elektron. Nøytron. p + Proton. Protoner

EKSAMENSOPPGAVE. Fag: Generell og uorganisk kjemi. Faglig veileder: Kirsten Aarset Eksamenstid, fra - til: LO 400 K.

Tilstedeværelse av vann / fuktighet og oksygen er en nødvendig forutsetning for korrosjon av stål

Skadeanalyser, viktig bidrag til kontinuerlig forbedring/læring - med fokus på korrosjon

TALM1008 Fysikk og Kjemi Løsning kjemidel eksamen 19/5-14

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET FULLSTENDIG

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN AUGUST 2007

UNIVERSITETET I OSLO

Finalerunde Kjemiolympiaden 2002 Blindern 19. april 2002 Kl

EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI. BOKMÅL (Nynorsk s. 5 7) Lørdag 12. juni 2010 Tid: 9:00 13:00

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 2006

Fasit oppdatert 10/9-03. Se opp for skrivefeil. Denne fasiten er ny!

EKSAMEN TMT4112 KJEMI

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Kap 4. Typer av kjemiske reaksjoner og løsningsstøkiometri

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 6

Effekter av borreslam: Metaller fra borreslam:

Positiv materialidentifikasjon (PMI)

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 6, HØST 2009

melting ECMI Modelling week 2008 Modelling and simulation of ice/snow melting Sabrina Wandl - University of Linz Tuomo Mäki-Marttunen - Tampere UT

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI Lørdag 12. juni 2010 Tid: 9:00 13:00

KJ1000 Generell kjemi, General Chemistry

Side 1 av 14 LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I TMT4105 KJEMI. Fredag 28. mai 2004

Elektrokjemiske metoder ved reparasjon av betongkonstruksjoner. Jan-Magnus Østvik Statens vegvesen, Vegdirektoratet TMT, Tunnel og betongseksjonen

Hydal Aluminium legeringer Hydal Aluminium alloys

Fys2210 Halvlederkomponenter. Kapittel 6 Felteffekt transistorer

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

Finalerunde Kjemiolympiaden 2003 Blindern 4. april 2003 Kl

EKSAMEN TMT4112 KJEMI

1. Oppgaver til atomteori.

EKSAMEN TMT4112 KJEMI

OPPGAVE 1. Løsningsforslag Kjemi 2 Vår 2015

Hydal Aluminium legeringer Hydal Aluminium alloys

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 5

Fys2210 Halvlederkomponenter. Kapittel 6 Felteffekt transistorer

EKSAMEN TMT4112 KJEMI

Hydal Aluminium legeringer Hydal Aluminium alloys

Når vi snakker om likevektskonstanter for syrer og baser så er det alltid syren eller basen i reaksjon med vann

EKSAMENSOPPGAVE I KJE-1001

Slide 1. The World of Temperature

reduseres oksidasjon

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

Fys2210 Halvlederkomponenter. Forelesning 9 Kapittel 6 - Felteffekttransistoren

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET Front page MASTEROPPGAVE. Forfatter: Bjarte Mjølhus (signatur forfatter)

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Fasit til finalerunde Kjemiolympiaden 2002 Blindern 19. april 2002

KJ1000 Generell kjemi, General Chemistry

Syrer og baser. Et proton er et hydrogenatom som har mistet sitt eneste elektron. Det beskrives som H +, en positiv ladning.

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

Historisk spredning fra sjødeponi i Repparfjorden og muligheter for å ta ut mer metall fra nye avgangsmasser

Eksamensoppgave i TMT4110 Kjemi

H. Aschehoug & Co. Side 1 av 8

Kjemiolympiaden uttak. Fasit.

1. UTTAKSPRØVE. til den 44. Internasjonale Kjemiolympiaden i Washington DC, USA. Oppgaveheftet skal leveres inn sammen med svararket

Betongrehabilitering

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI LØSNINGSFORSLAG

EKSAMEN TMT4112 KJEMI

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet løsningsforslag

TALM1008 Fysikk og Kjemi Løsning kjemidel eksamen mai 2013

NORSK FINALE for uttakning til 39. internasjonale kjemiolympiaden i Moskva, Russland, juli 2007

Elektrokjemi og armeringskorrosjon nasjonalt og internasjonalt. Øystein Vennesland NTNU

3. Balansering av redoksreaksjoner (halvreaksjons metoden)

Bruk av vannglass som korrosjonsinhibitor

Innhold. Forord... 11

teststandarder i CEN for byggvareprodukter i kontakt med drikkevann (CPDW)

Foredragsholder. Pål Skage Dahlberg

JERN KVALITETSMANUAL. 103 Klasse 5 - Stålspon, ulegert. 104 Klasse 6 - Støpejernskrap maks. 150x50x50 cm, størst vekt maks 1000 kg.

2. Hva er formelen for den ioniske forbindelsen som dannes av kalsiumioner og nitrationer?

EKSAMEN TMT4112 KJEMI

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 11, VÅR 2014

Fys2210 Halvlederkomponenter. Forelesning 5 Kapittel 5 - Overganger

Fasit til norsk finale for uttak til den. 41. internasjonale kjemiolympiaden i Cambridge, England, juli 2009

ORDINÆR EKSAMEN 3. juni Sensur faller innen 27. juni 2011.

Transkript:

Kapittel 18: Korrosjon Hvorfor skjer korrosjon? Hvilken effekt har temperatur og omgivelser på korrosjonshastighet? Passivering Ulike typer av korrosjon Oksidasjon Hvordan beskytte mot korrosjon?

Elektrokjemiske reaksjoner Oksidasjon (anodereaksjon) f. eks.: Al Al 3+ + 3 e - Reduksjon (katodereaksjon) O 2 + 2 H 2 O + 4 e - 4 OH (oksygenreduksjon) 2 H + + 2 e - H 2 (hydrogenutvikling) Cu 2+ + 2 e - Cu (metallreduksjon) I korr = I ox = I red

Korrosjon av sink i syre To reaksjoner: -- oksidasjon, anode: -- reduksjon, katode: Zinc flow of e - in the metal 2e - H + Oxidation reaction Zn Zn 2+ H + H + H + H + H 2 (gas) reduction reaction Zn Zn 2 2e 2H 2e H 2 (gas) Acid solution Andre reduksjonsreaksjoner: -- I en sur løsning -- I en nøytral eller basisk løsning O 2 4H 4e 2H 2 O O 2 2H 2 O 4e 4(OH) H + H +

Elektrokjemiske celler Cellespenning: Fe Cu Fe Zn Fe + Cu 2+ Cu + Fe 2+ Fe 2+ + Zn Fe + Zn 2+

Standard hydrogen elektrode V Eneste mulige halv-celle reaksjon ved likevekt: 2 H + + 2 e - H 2 T = 25⁰C Elektrodepotensial for standard hydrogen elektrode (SHE) V⁰ = 0.000 V (pr definisjon) SHE er en referanseelektrode

metal, M Platinum metal, M Platinum Standard hydrogen (emf) celle e - e - e - e - ne - M n+ ions H 2 (gas) H + H + 2e - ne - M n+ ions H + H + 2e - 25 C 1M M n+ sol n 1M H + sol n - Metal is the anode (-) 25 C 1M M n+ sol n 1M H + sol n - Metal is the cathode (+) o V metal 0 (relative to H + /H) o V metal 0 (relative to H + /H) Standard Elektrode Potensial

Standard EMF serie Alle elektrodereaksjoner skrives som reduksjonsreaksjon

Korrosjon av Zn i syre Oksidasjon Zn = Zn 2+ + 2e - - V⁰ Zn2+/Zn Reduksjon 2 H + + 2 e - = H 2 V⁰ H+/H2 Cellereaksjon Zn + 2 H + = Zn 2+ + H 2 ΔV = V⁰ H/H2 - V⁰ Zn2+/Zn = 0 V - (- 0.763 V) = + 0.763 V ΔV > 0 => Cellereaksjonen går mot høyre ΔG = - n F ΔV => ΔG < 0

Galvanisk kobling mellom standard halvceller more anodic more cathodic EMF series metal Au Cu Pb Sn Ni Co Cd Fe Cr Zn Al Mg Na K V o metal +1.420 V +0.340-0.126-0.136-0.250-0.277-0.403-0.440-0.744-0.763-1.662-2.363-2.714-2.924 M n+ +ne - ->M DV o = 0.323V Metal with smaller V corrodes. o metal Ex: Fe-Zn cell Fe 2+ +Zn Fe+Zn 2+

Effekt av konsentrasjon Ex: Cd-Ni cell with standard 1 M solutions ΔV= V - o o Ni VCd. 0 153 + Ex: Cd-Ni cell with non-standard solutions o o RT ΔV= VNi VCd VNi VCd nf - + ln X Y Cd 25 C 1.0 M Ni 1.0 M Cd 2 + solution Ni 2+ solution Cd + Ni 2+ = Cd 2+ + Ni Cd X M Cd 2 + solution T Y M Ni Ni 2+ solution Reduce VNi - VCd by --increasing X --decreasing Y n = #e - per unit oxid/red reaction (= 2 here) F = Faraday's constant = 96,500 C/mol.

more anodic (active) more cathodic (inert) Praktisk galvanisk spenningsrekke (sjøvann) Platinum Gold Graphite Titanium Silver 316 Stainless Steel Nickel (passive) Copper Nickel (active) Tin Lead 316 Stainless Steel Iron/Steel Aluminum Alloys Cadmium Zinc Magnesium

Korrosjonspotensial V Salt bridge active Al M Reference electrode V High impedance voltmeter measures the corrosion potential E corr (no current impressed through metal sample M) E corr measurable at open circuit (open circuit potential, OCP) Practical galvanic series in 1 M NaCl solution noble Note: Corrosion potentials are often time-dependent in practice

Uniform korrosjonshastighet Tap av tykkelse per tid (uniform korrosjon) Dm CPR ρ At CPR = rate (cm/år) Δm = vekttap (g) ρ = tetthet (g/cm 3 ) A = areal (cm 2 ) t = tid (år) Fra målinger av strømtetthet (polarisasjonsdata) r i nf r = rate (mol/cm 2 s) i = strømtetthet (A/cm 2 ) F= Faradays konstant (C/mol) n= antall elektroner

Overspenning (polarisasjon) Referanseelektrode: SHE Ved kortslutning av kretsen: Begge elektroder innstilles på et felles blandpotensial: - 0.763 V < E < -0.440 V Zn blir anodisk polarisert Fe blir katodisk polarisert

Aktiveringsoverspenning Reduksjonsreaksjon: 2H + +2e - H 2 1. Adsorption av H + 2. Electron transfer 3. Association of H 4. H 2 bubble nucleation Reaksjonshastighet bestemt av aktiveringsenergi for langsomste (hastighetsbestemmende) trinn E rev H+/H2 Aktiveringsoverspenning i log i 0 i 0 : utvekslingsstrømtetthet

Konsentrasjonsoverspenning Reaction limited by diffusion Grensestrøm (i L ) 2H + +2e - H 2 Combined activation-concentration polarization

Korrosjonshastighet fra polarisasjonsdata Korrosjon av Zn i syre 2H + + 2e - H 2 Zn Zn 2+ + 2e - V c = E korr Ingen akkumulering av elektrisk ladning => Nettostrøm I net = I ox - I red = 0

Måling av korrosjonshastighet (i c )

Tynn oksidfilm Passivering Adherent Protective barrier for corrosion Cr, Al, Ti Stainless steel > 11% Cr Lokal nedbryting av film Filmdannelse Eks. Fe i svovelsyre: 2Fe 2+ + 3H 2 0 = Fe 2 O 3 + 6H + + 2e - η = β log (i/i 0 ) Aktiveringskontrollert metalloppløsning Fe = Fe 2+ + 2e -

Korrosjonshastighet i marin atmosfære ASM Handbook, Vol13 (1992)

Passive oxide film on aluminium High corrosion resistance of aluminium due to formation of a protective, amorphous, insulating oxide (Al 2 O 3 ) film on the surface Film thickness: ~ 3 nm (in dry air) Oxide film growth by exposure to humidity Al 2 O 3 + H 2 O = 2 AlOOH (boehmite) AlOOH + H 2 O = Al(OH) 3 (bayerite) Al 2 O 3 Al Oxide film on Al (Ø. Sævik, NTNU, 2004)

Stability of the aluminium oxide Al 3+ (1) (4) Al 2 O 3 3H 2 O (2) Al (5) (3) AlO 2 - Pourbaix diagrams are graphical expressions of thermodynamic calculations Electrochemical reactions: 1) Al 3+ + 3e - = Al E rev = f([al 3+ ]) 2) 1/2Al 2 O 3 3H 2 O + 3H + + 3e - = Al + 3H 2 O E rev = f(ph) 3) AlO - 2 + 4H + + 3e - = Al + 2H 2 O E rev = f(ph,[alo - 2 ]) Chemical reactions: 4) Al 3+ + 3H 2 O = 1/2Al 2 O 3 3H 2 O + 3H + ph = f([al 3+ ]) 5) 1/2Al 2 O 3 3H 2 O = AlO - 2 + H 2 O + H + ph = f([alo - 2 ]) Aluminium is thermodynamically unstable at low ph and at high ph

Effect of ph on corrosion of Al Dissolution of oxide film at low or high ph => general etching Stable oxide at near neutral ph (local breakdown of oxide => pitting)