1
Samenvatting elektrochemie,
corrosie
1.Inleiding, definitie en indeling van corrosie
Corrosie is de niet opzettelijke aantasting van een materiaal door een reactie van het materiaal met
zijn omgeving
- Edele metalen corroderen zeer moeilijk
- Onedele metalen corroderen makkelijker
o Vormen soms een passivatielaag die verdere corrosie beperkt
Heeft een serieuze impact :
- Op het milieu : het laten lekken van pijpleidingen
- Veiligheid : aantasting van gebouwen en bruggen
- Dagelijks leven : roesten van autocarrosserie
- Economisch:
o Vervanging onderdelen
o Bescherming tegen corrosie
o Onderzoek naar corrosie
o Verliezen (lekken, extra kost)
o Werkonderbreking (stilleggen fabriek door lek)
Indeling van corrosie
Ten opzichte van de natuur van het corroderende reageermiddel
- Atmosfeer
- Grond
- Water
- Gesmolten metaal
- Gas
Ten opzichte van de natuur van de corrosie
1) De chemische corrosie
a. =heterogene reactie tussen een vaste fase (metaal) en een vloeibare of gasvormige
fase
b. De corrosie van een metaal door een gas noemt men droge corrosie
2) De elektrochemische corrosie
a. Door het spanningsverschil tussen verschillende gedeelten van het metaal
i. Anode : oxidatie van het metaal
ii. Kathode : reductie van H+ in H2 of O2 in H2O
3) De microbiële corrosie
a. Door zeer corrosieve producten geproduceerd door bacteriën
4) Mechanische corrosie = er is een simultane inwerking op het materiaal van mechanische en
chemische factoren
a. Mechanische spanningen in het metaal
i. Spanningscorrosie / stress corrosion cracking (SCC)
ii. Waterstofbrosheid / hydrogen embrittlement (HE)
, 2
iii. Corrosievermoeiing (corrosion fatigue (CF)
b. Mechanische actie van een vloeistof op een metaal
i. Erosie-corrosie
ii. Cavitatie-corrosie (cavitation) ; al gezien bij cursus pompen
c. Mechanische actie van een vast lichaam op het metaal
i. Wrijvingscorrosie / fretting corrosion)
Ten opzichte van de vorm van de aantasting
1) Gegeneraliseerde corrosie : verloopt met dezelfde snelheid op het ganse oppervlak van het
metaal
2) Plaatselijke corrosie : corrosie op zekere plaatsen
2. elektrochemische kinetiek
Basisbegrippen van de elektrochemie
- Elektrochemische cel : bestaat uit 2 geleiders (=elektroden) in een elektrolytoplossing
- Aan elke elektrode gaan er reacties plaatgrijpen
o Anode : oxidatie reactie : red1 ox1 + n.e-
o Kathode : reductie reactie : ox2 + m.e- red2
o Bruto celreactie : m.red1 + n.ox2 m.ox1 + n.red2
Er is enkel stroomdoorgang indien er een gesloten elektrisch circuit bestaat (en beide elektrodes dus
uitwendig met elkaar verbonden zijn)
- Een galvanische cel : maakt van chemische energie elektrische energie.
o Spontane stroomlevering
- Elektrolysecel : maakt van elektrische energie chemische energie
o Met behulp van een uitwendige spanningsbron
o Bv opladen van een accu, afzetting van een metaal
, 3
Thermodynamica van de elektrodeprocessen
- Een elektrode is een serie geleidende fasen die door een elektrolyt aan 14 kant en een
metaal aan de andere kant begrensd wordt
- Een elektrochemische/galvanische cel bestaat uit verschillende geleidende fasen die door 2
elektroden begrensd worden
- De elektrodespanning is het spanningsverschil tussen de elektrode en de referentie-
elektrode
- Metaal (elektrode) in oplossing 4 opties:
o In de oplossing zijn ionen van datzelfde metaal aanwezig
Zonder opleggen van uitwendige spanning streeft het systeem naar een
evenwicht tussen het metaal en haar ionen
De elektrode heeft hier een bepaalde potentiaal tot over de oplossing
Me Men+ + n. e-
Men+ + n.e- Me
o In de oplossing zijn 2 verschillende ionen van een metaal Me aanwezig (de elektrode
is uit een ander Me gebouwd)
De elektrode heeft een bepaalde potentiaal tot over de oplossing
Mez+ Me(z+n)+ + n.e-
Me(z+n)+ + n.e- Mez+
o Een chemische en/of fysische absorptie van bepaalde bestanddelen uit de oplossing
op de elektrode
o Er is totaal geen uitwisseling van ladingen tussen de elektrode en de elektrolyt en
dus ook geen welbepaald potentiaalverschil tussen de 2 fasen
Evenwichtsspanning van een reactie (Nernstspanning)
Het evenwicht van de reactie :Me Men+ + n. e-
Wordt gekarakteriseerd door een evenwichtsspanning = spanning van een elektrode ton opzichte
van een Men+ oplossing als het systeem in evenwicht is.
De absolute waarde van deze spanning kan niet gemeten worden dus wordt deze vergeleken met de
volgende referentiereactie : 2 .H+ + 2. E- H2 bij 25°C en 1 atm op een Pt-elektrode (het
normaalwaterstofevenwichtsreactie)
= een normaal waterstofelektrode (N.W.E.)
, 4
Deze evenwichtsspanning kan dan berekend worden met de wet van Nernst:
R.t Ox
E0 =E00 + . ln( )
n.F ¿
Met :
- E00 = de standaardevenwichtsspanning (= standaardreductiepotentiaal) gedefinieerd tot de
normaalwaterstofelektrode
o Geeft aan of een metaal edel of onedel is bv (posifief of negatief)
o Des te positiever hoe meer het ion elektronen zal aantrekken
- F = de faraday constante (96493 C/mol)
- R= de gasconstante (8.314 J/K.mol)
Algemener is dit:
aA+bB + n.e cC + dD
a b
R.t [ A ] [ B]
E0 =E00 + . ln ( c d )
n.F [C] [D ]
Q = de inverse van de wet der massawerking
[ A ]a [ B ]b
Q= c d
[C ] [D ]
Met alles ingevuld (bij 25°C)kan men dan de wet van Nernst herleiden tot:
0.06
E0 =E00 + . log (Q)
n
De referentie-elektrode
- Noodzakelijk voor het meten van een elektrodepotentiaal
- NWE is in de praktijk niet zo makkelijk in gebruik
o 1 atm
o 1 M [H+]
- Dus in praktijk werden er andere referentie-elektrodes uitgezocht:
o Hebben een welbepaald potentiaalverschil met de NWE dat thermodynamisch exact
gedefinieerd kan worden, reproduceerdbaar en stabiel in functie van de tijd
o Dit potentiaalverschil moet constant blijven zelfs wanneer een kleine stroom door de
elektrode loopt
Praktische refentieelektrode
- Kalomelreferentie-elektrode (Hg2Cl2) in contact met KCl-oplossing
o +242 mV tov de NWE
Het grensvlak metaal-elektrolyt, de dubbellaag
Wanneer een positief geladen oppervlak in contact staat met een oplossing waar ionen in zitten.
Gaan de negatieve ionen in deze oplossing zich positioneren tegenover dit oppervlak.
- De concentratie aan positieve ionen stijgt naarmate we ons verder verwijderen van dit
positief oppervlak
Samenvatting elektrochemie,
corrosie
1.Inleiding, definitie en indeling van corrosie
Corrosie is de niet opzettelijke aantasting van een materiaal door een reactie van het materiaal met
zijn omgeving
- Edele metalen corroderen zeer moeilijk
- Onedele metalen corroderen makkelijker
o Vormen soms een passivatielaag die verdere corrosie beperkt
Heeft een serieuze impact :
- Op het milieu : het laten lekken van pijpleidingen
- Veiligheid : aantasting van gebouwen en bruggen
- Dagelijks leven : roesten van autocarrosserie
- Economisch:
o Vervanging onderdelen
o Bescherming tegen corrosie
o Onderzoek naar corrosie
o Verliezen (lekken, extra kost)
o Werkonderbreking (stilleggen fabriek door lek)
Indeling van corrosie
Ten opzichte van de natuur van het corroderende reageermiddel
- Atmosfeer
- Grond
- Water
- Gesmolten metaal
- Gas
Ten opzichte van de natuur van de corrosie
1) De chemische corrosie
a. =heterogene reactie tussen een vaste fase (metaal) en een vloeibare of gasvormige
fase
b. De corrosie van een metaal door een gas noemt men droge corrosie
2) De elektrochemische corrosie
a. Door het spanningsverschil tussen verschillende gedeelten van het metaal
i. Anode : oxidatie van het metaal
ii. Kathode : reductie van H+ in H2 of O2 in H2O
3) De microbiële corrosie
a. Door zeer corrosieve producten geproduceerd door bacteriën
4) Mechanische corrosie = er is een simultane inwerking op het materiaal van mechanische en
chemische factoren
a. Mechanische spanningen in het metaal
i. Spanningscorrosie / stress corrosion cracking (SCC)
ii. Waterstofbrosheid / hydrogen embrittlement (HE)
, 2
iii. Corrosievermoeiing (corrosion fatigue (CF)
b. Mechanische actie van een vloeistof op een metaal
i. Erosie-corrosie
ii. Cavitatie-corrosie (cavitation) ; al gezien bij cursus pompen
c. Mechanische actie van een vast lichaam op het metaal
i. Wrijvingscorrosie / fretting corrosion)
Ten opzichte van de vorm van de aantasting
1) Gegeneraliseerde corrosie : verloopt met dezelfde snelheid op het ganse oppervlak van het
metaal
2) Plaatselijke corrosie : corrosie op zekere plaatsen
2. elektrochemische kinetiek
Basisbegrippen van de elektrochemie
- Elektrochemische cel : bestaat uit 2 geleiders (=elektroden) in een elektrolytoplossing
- Aan elke elektrode gaan er reacties plaatgrijpen
o Anode : oxidatie reactie : red1 ox1 + n.e-
o Kathode : reductie reactie : ox2 + m.e- red2
o Bruto celreactie : m.red1 + n.ox2 m.ox1 + n.red2
Er is enkel stroomdoorgang indien er een gesloten elektrisch circuit bestaat (en beide elektrodes dus
uitwendig met elkaar verbonden zijn)
- Een galvanische cel : maakt van chemische energie elektrische energie.
o Spontane stroomlevering
- Elektrolysecel : maakt van elektrische energie chemische energie
o Met behulp van een uitwendige spanningsbron
o Bv opladen van een accu, afzetting van een metaal
, 3
Thermodynamica van de elektrodeprocessen
- Een elektrode is een serie geleidende fasen die door een elektrolyt aan 14 kant en een
metaal aan de andere kant begrensd wordt
- Een elektrochemische/galvanische cel bestaat uit verschillende geleidende fasen die door 2
elektroden begrensd worden
- De elektrodespanning is het spanningsverschil tussen de elektrode en de referentie-
elektrode
- Metaal (elektrode) in oplossing 4 opties:
o In de oplossing zijn ionen van datzelfde metaal aanwezig
Zonder opleggen van uitwendige spanning streeft het systeem naar een
evenwicht tussen het metaal en haar ionen
De elektrode heeft hier een bepaalde potentiaal tot over de oplossing
Me Men+ + n. e-
Men+ + n.e- Me
o In de oplossing zijn 2 verschillende ionen van een metaal Me aanwezig (de elektrode
is uit een ander Me gebouwd)
De elektrode heeft een bepaalde potentiaal tot over de oplossing
Mez+ Me(z+n)+ + n.e-
Me(z+n)+ + n.e- Mez+
o Een chemische en/of fysische absorptie van bepaalde bestanddelen uit de oplossing
op de elektrode
o Er is totaal geen uitwisseling van ladingen tussen de elektrode en de elektrolyt en
dus ook geen welbepaald potentiaalverschil tussen de 2 fasen
Evenwichtsspanning van een reactie (Nernstspanning)
Het evenwicht van de reactie :Me Men+ + n. e-
Wordt gekarakteriseerd door een evenwichtsspanning = spanning van een elektrode ton opzichte
van een Men+ oplossing als het systeem in evenwicht is.
De absolute waarde van deze spanning kan niet gemeten worden dus wordt deze vergeleken met de
volgende referentiereactie : 2 .H+ + 2. E- H2 bij 25°C en 1 atm op een Pt-elektrode (het
normaalwaterstofevenwichtsreactie)
= een normaal waterstofelektrode (N.W.E.)
, 4
Deze evenwichtsspanning kan dan berekend worden met de wet van Nernst:
R.t Ox
E0 =E00 + . ln( )
n.F ¿
Met :
- E00 = de standaardevenwichtsspanning (= standaardreductiepotentiaal) gedefinieerd tot de
normaalwaterstofelektrode
o Geeft aan of een metaal edel of onedel is bv (posifief of negatief)
o Des te positiever hoe meer het ion elektronen zal aantrekken
- F = de faraday constante (96493 C/mol)
- R= de gasconstante (8.314 J/K.mol)
Algemener is dit:
aA+bB + n.e cC + dD
a b
R.t [ A ] [ B]
E0 =E00 + . ln ( c d )
n.F [C] [D ]
Q = de inverse van de wet der massawerking
[ A ]a [ B ]b
Q= c d
[C ] [D ]
Met alles ingevuld (bij 25°C)kan men dan de wet van Nernst herleiden tot:
0.06
E0 =E00 + . log (Q)
n
De referentie-elektrode
- Noodzakelijk voor het meten van een elektrodepotentiaal
- NWE is in de praktijk niet zo makkelijk in gebruik
o 1 atm
o 1 M [H+]
- Dus in praktijk werden er andere referentie-elektrodes uitgezocht:
o Hebben een welbepaald potentiaalverschil met de NWE dat thermodynamisch exact
gedefinieerd kan worden, reproduceerdbaar en stabiel in functie van de tijd
o Dit potentiaalverschil moet constant blijven zelfs wanneer een kleine stroom door de
elektrode loopt
Praktische refentieelektrode
- Kalomelreferentie-elektrode (Hg2Cl2) in contact met KCl-oplossing
o +242 mV tov de NWE
Het grensvlak metaal-elektrolyt, de dubbellaag
Wanneer een positief geladen oppervlak in contact staat met een oplossing waar ionen in zitten.
Gaan de negatieve ionen in deze oplossing zich positioneren tegenover dit oppervlak.
- De concentratie aan positieve ionen stijgt naarmate we ons verder verwijderen van dit
positief oppervlak
