Реферат: Химия радиоматериалов, лекции Кораблевой А.А. ГУАП
2) Eкристаллической решетки. Eкр (это та энергия, которую затратить, чтобы разорвать химические связи в кристаллической решетке и удалить частицы друг от друга на бесконечно большое расстояние).
3) Е гидратации (активации) Eгидр (энергия, которая выделяется при взаимодействии положительно заряженных ионов с нейтральными молекулами воды) Men + + mH2 O→[Me(H2 O)m ]n + +Eгидр
Все эти энергии измеряются в кДж/моль
Чем меньше Eи , чем меньше Eкр , и чем больше Eгидр , тем более отрицательный электродный потенциал возникает на металле. Все металлы при контакте с водой качественно ведут себя одинаково, а количественно по-разному. В частности щелочные металлы полностью переходят в ионное состояние, потому что Eи , Eкр малы, а Eгидр выделяется много, следовательно, происходит практически реакция с водой. Что касается благородных металлов, то они посылают ионы в раствор, но в очень незначительном количестве. Промежуточные металлы (Pb, Hg…) посылают большие количества ионов в раствор.
(2) Возникновение электродного потенциала на границе раздела металл – электролит.
Чаще всего металл контактирует с раствором электролита. Даже в атмосферных условиях в пленке влаги растворены различные газы: O2 , H2 S, SO2 , CO2 … Частный случай: контакт металла с раствором, содержащим его ионы (металл в растворе соли металла)
Me|Me n +
Zn|ZnSO4
Zn|Zn 2 +
Cu|Cu2+ …
В этом случае все металлы можно разделить на две группы: одна группа – так называемые активные металлы, качественно ведут себя как в воде т.е.
Mе +mH2 O↔[Me(H2 O)m ]n+ +nē. (возникает динамическое равновесие (↔))
Но возникает менее отрицательный электродный потенциал, т.к. ионы из раствора могут входить в кристаллическую решетку (Ni, Fe…). Пассивные металлы (Cu, Hg, Ag…) не переходят в ионное состояние при контакте с раствором их соли, а наоборот, ионы металла из раствора восстанавливаются на поверхность металла положительно.
[Me(H2 O)m ]n+ +nē↔ Me +nH2 O
Cu2+ +2ē→Cu0
Возникает положительный электродный потенциал, а избыточные анионы соли создают отрицательный заряд у поверхности металла. Измерить абсолютное значение электродного потенциала практически невозможно, измеряют ЭДС гальванического элемента в котором один электрод исследуемый, а другой – электрод сравнения, чаще всего водородный электрод, потенциал которого условно принят за 0. И это ЭДС считается электродным потенциалом данного электрода (по водородной шкале) и называется стандартным (нормальным) электродным потенциалом. Этот ряд водорода называется ещё рядом напряжений или рядом активности металла.
| Li|Li+ | Rb|Rb+ | K|K+ | Cs|Cs+ | Al|Al3 + | Mg|Mg2 + | Zn|Zn2 + | Fe|Fe2 + | Ni|Ni2 + | Sn|Sn2 + | Pt,H2 |2H+ | Cu|Cu2 + | Ag|Ag+ | Au|Au3 + |
| -3.045 | -2.925 | -2.925 | -2.923 | -1.662 | -1.18 | -0.763 | -0.44 | -0.25 | -0.126 | 0 | +0.34 | +0.8 | +1.5 |
Измеряется в Вольтах
Чем больше положительный электродный потенциал, тем устойчивее металл в контакте с другими металлами, следовательно, он труднее окисляется, а его положительные ионы легче восстанавливаются из растворов электролитов, следовательно, легче получить этот металл из вольтных растворов на катоде в случае электролиза.
Используя электродные потенциалы можно говорить о коррозионной стойкости металлов и методах защиты от коррозии. Используя электродные потенциалы можно осуществлять очистку металлов от различного рода примесей, более или менее активных, чем сам металл и т.д.
(3) Электрохимическая коррозия металлов и методы защиты от нее.
Коррозия металлов это самопроизвольное разрушение металлов под действием окружающей среды. По механизму коррозионного разрушения различают:
1) Химическая коррозия, т.е. окислительно-восстановительное взаимодействие или гетерогенная химическая реакция без возникновения электрического тока. Она осуществляется в газах при высоких температурах или в жидкостях не электролитах.
2) Электрохимическая коррозия. Происходит в атмосферных условиях и в жидкостях электролитах с возникновением электрического тока в результате работы микро и макро гальванических пар. Микрогальванические пары создаются в результате наличия примесей в металле, а макрогальванические – в результате контакта металлов друг с другом. Поскольку на поверхности металла всегда есть плёнка электролита, то возникает гальвано электричество.
Чтобы избежать коррозии:
1) Использовать чистые металлы, они практически не подвергаются коррозии
2) Катодная защита: подсоединить к источнику постоянного тока к отрицательно заряженному электроду.
3) Протекторная защита: более активный металл присоединить к корпусу и он (металл) будет подвергаться разрушению, а основной металл (корпус) при этом разрушению не подвергается пока не разрушится протектор.
4) Металлические покрытия, которые классифицируются на анодные и катодные. Анодные – более активный металл, катодные – менее. И те, и другие в равной степени защищают от коррозии, если не нарушена целостность покрытия. В случае нарушения покрытия (трещины, неплотное покрытие) наиболее эффективны анодные покрытия.
1.7 Классификация металлов
(1)физические свойства металлов
| группа и название металлов | d кг/м3 плотность при 20°С | Температура °С | теплопроводность, Вт/мК при 20°С | ρ удельное сопротивление *106 | |
| плавления | кипения | ||||
| лёгкие цветные металлы | |||||
| Al | 2699 | 660 | 2060 | 211.0 | 0.0265 |
| Mg | 1740 | 650 | 1107 | 157.4 | 0.047 |
| Ti | 4540 | 1800 | 3400 | 14.9 | 0.47 |
| тяжелые цветные металлы | |||||
| Ni | 8900 | 1455 | 2730 | 58.6 | 0.068 |
| Zn | 7140 | 419 | 907 | 111.1 | 0.059 |
| Sn | 7300 | 232 | 2270 | 63.1 | 0.115 |
| Cu | 8960 | 1083 | 260 | 385.2 | 0.0167 |
| Pb | 11340 | 327 | 1740 | 34.6 | 0.2065 |
| малые цветные металлы | |||||
| Mo | 10200 | 2625 | 4800 | 140 | 0.0517 |
| W | 19350 | 3377 | 6000 | 160 | 5.03 |
| благородные цветные металлы | |||||
| Au | 19320 | 1063 | 2600 | 311 | 0.0225 |
| Ag | 10490 | 960 | 2210 | 421 | 0.0159 |
| Pt | 21450 | 1773 | 4410 | 69.9 | 0.109 |
| редкие металлы | |||||
| Ge | 5360 | 958 | 1760 | — | 0.89 (при 0) |
| Nb | 8570 | 2420 | 3700 | — | 0.131 |
| Ta | 11600 | 2850 | 5050 | 54.4 | 0.124 |