Химическая защита металла от коррозии

Если зафиксировать пластину из серебра в емкости, которая заполненна сухими парами иода, то по прошествии короткого отрезка времени можно зафиксировать, изменение цвета поверхности серебра. Изначально поя­вляется малозаметное изменение цвета - поверхность зеленеет,  далее изменение цвета усиливается в течение некоторого отрезка времени. Наконец, пленка станет темного красно-бурого цвета, и видимые изменения прекратятся. Нет никакого сомнения в том, что изменение внешнего вида се­ребра связано с химическим действием иода на серебро и и того что происходит химическая защита металла от коррозии. Обра­зующаяся на металле пленка, очевидно, иодид серебра AgI, а изменения ее цвета вызваны изменением толщины пленки, т. е. ростом последней. Подобного рода изменения произойдут и с медью при действии на нее S0₂ или H₂S. Железо (и многие дру­гие металлы) при нагреве в воздухе или кислороде также обнару­живает появление пленок — продуктов реакции металла и окислителя. Все это — примеры действия газов на металлы. Однако образование тонких пленок на металлической поверхности можно заметить и при дей­ствии на металл жидкостей. Так, пленка иодида серебра по­является на серебре и в том случае, если пары иода заменить раствором иода в каком-либо органическом растворителе, напри­мер, хлороформе, эфире или гексаие.

Пленка ZnCl₂ образуется на цинке при действии на него раствора НС1 в сухом бензоле, это тоже является примером того что наблюдается химическая защита металла от коррозии.

Необходимо обратить внимание на следующие особенности возникновения пленок на металлах:

1. Образование тонкой пленки - это результат процесса коррозии на поверхности металла, т. е. появившейся про­дукт коррозии - является доказательством того, что началась химическая защита металла от коррозии.

2. Пленка образуется непосредственно на поверхности металла в тесном физическом контакте с ним.

Отсюда получаются чрезвычайно важные следствия химической защиты металла от коррозии. Понятно, что в начальный момент действия реагента на металл может образоваться лишь мономолекулярная пленка, т. е. пленка, состоящая из одного слоя молекул, и, следовательно, толщиной, равная размеру образующейся молекулы (например, иодида). Если бы пленка при данных условиях ее возникновения была совершенно непроницаема для действующего реагента, то очевидно, образования мономолекулярного слоя было бы достаточно для полного прекращения коррозионного воздействия на металл; пленка изолировала бы металл нацело от агрессивной среды. Громадное количество наблюдений показывает, что в боль­шинстве случаев это не имеет места.

Пленка оказывается до некоторой степени проницаемой для реагента, и поэтому реагент (например, иод) может, пройдя через пленку (например, AgI), достигнуть второго слоя атомов металла (Ag) и превратить его в продукты коррозии, т. е. в ту же пленку. Однако образовавшаяся пленка продуктов коррозии в большин­стве случаев представляет некоторое препятствие для прохожде­ния через нее действующего реагента. В этом случае говорят, что пленка обладает определенным защитным действием. Понятно, что достичь «свежих» атомов металла для иода будет теперь труднее, так как необходимо уже преодолеть два слоя мо­лекул (AgI). При образовании еще более толстой пленки дей­ствующему реагенту будет все труднее проходить через нее и достигать атомов металла. Таким образом развитие процесса коррозии, выражаемое количеством атомных слоев м е т а л а, превращенных в продукты коррозии, в то же время ведет к утолщению пленки и, следовательно, к затрудне­нию дальнейшего хода коррозии, так как действующий реагент на пути к металлу вынужден преодолевать все более и более толстую пленку продуктов коррозии. Иными словами, возникающая вследствие коррозии на металле защитная пленка (пред­ставляющая, в сущности, продукты коррозии) тормозит даль­нейшее развитие коррозионного процесса.

Поскольку защитная пленка сама является продуктом кор­розионного воздействия на металл, можно сказать, что по мере развития коррозии наступает самоторможение процесса. Здесь же следует сразу оговориться, что это верно только в том случае, если:

- продукты коррозии образуются и остаются на металле в виде пленки,

- если химическая защита металла от коррозии сопровождается образованием пленки с требуемыми за­щитными своствами.

Если пленка характеризуется защитными свойствами, т.е. уже мономолекулярного слоя было бы доста­точно для полной изоляции металла от действующего реагента, то коррозия прекратилась бы в момент ее возникновения. В случае бесполезности пленки, т.е. если бы она совершенно не характеризовалась защитным свойствами, т.е. была абсолютно - проницаемой, то процесс коррозии шел бы независимо от образования и роста пленки, и никакого самотор­можения процесса по этой причине не наблюдалось бы. Химическая защита металла от коррозии посредствам пленок, проявляется прежде всего в торможении соб­ственного процесса коррозии. Если защитную пленку каким-либо образом удалить, то скорость коррозии резко увеличится. Цинк, помещенный в раствор НС1 в сухом бензоле, сначала раство­ряется довольно энергично, но по мере роста защитной пленки ZnCl₂ реакция постепенно замирает и, наконец, становится совсем медленной. Образование пленки ZnCl₂ может происходить здесь потому, что ZnCl₂ слабо растворим в сухом бензоле. Как только бензол окажется насыщенным ZnCl₂, что достигается довольно быстро, продукты коррозии (ZnCl₂) начинают образовывать защит­ную пленку на металле. Если теперь прибавить к раствору воды то скорость коррозии снова резко увеличится. Объясняется это тем, что ZnCl₂ хорошо растворим в воде, и таким образом при добавление воды разрушает (растворяет) образовавшуюся защитную пленку и позволяет НСl без затруднения действовать на металл.

Идея защитной пленки принадлежит знаменитому английскому физику и химику Михаилу Фарадею и высказана им впервые в 1836 г. Впослед­ствии идея защитной пленки была многократно использована и разрабатывалась многими учеными для объяснения явлений кор­розии и пассивности металлов.