Bài giảng Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu - Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU
ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh
6/2016
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
THẾ ĐIỆN CỰC
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
Phương trình Nernst mơ tả thế điện cực ở 25oC:
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
0
ion
0,0592
E E logC
n
 
Trong đĩ:
• Cion: là nồng độ ion trong dung dịch (M).
• n: là điện tích của ion.
• E0: là thế điện cực chuẩn của dung dịch 1M (V).
• Giả sử dung dịch 1000g nước chứa 1g Cu2+ ở 25oC.
• Biết thế điện cực chuẩn E0 = 0,34V và khối lượng mol
của đồng M = 63,54g/mol.
• Tính thế điện cực của đồng.
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Ta biết rằng dung dịch 1M của Cu2+ thu được từ 1mol
Cu2+ trong 1000g H2O.
• Suy ra nồng độ của dung dịch chứa 1g Cu2+ bằng:
2Cu
1
C 0,0157M
63,54
  
0
ion
0,0592
E E logC
n
0,0592
E 0,34 log 0,0157 0,29V
2
 
   
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Từ phương trình Nernst, với n = 2, E0 = +0,34V, ta cĩ:
TỐC ĐỘ ĂN MỊN
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
Phương trình Faraday định lượng vật liệu được mạ lên
cathode hoặc bị mịn đi ở anode:
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
ItM
w
nF

Trong đĩ:
• w: là lượng vật liệu bám vào hoặc mất đi ở điện cực (g)
• I: là dịng điện (A).
• M: là nguyên tử lượng (g/mol).
• t: là thời gian (s).
• n: là điện tích của ion.
• F: là hằng số Faraday (96500C).
Phương trình Faraday định lượng vật liệu được mạ lên
cathode hoặc bị mịn đi ở anode.
• Với diện tích bề mặt điện cực là A (cm2):
• Mật độ dịng điện i = I/A:
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
iAtM
w
nF

• Cần mạ một lớp đồng dày 0,1cm lên bề mặt một
cathode cĩ diện tích 1cmx1cm.
• Biết đồng cĩ khối lượng riêng bằng 8,93g/cm3 và khối
lượng mol bằng 63,54g/mol.
• Thiết kế quá trình (dịng điện, thời gian mạ).
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Diện tích bề mặt cathode cần mạ A = 1cm2.
• Với lớp đồng dày 1cm, ta cĩ thể tích đồng:
2 3V 1cm 0,1cm 0,1cm  
m V 8,93 0,1 0,893g    
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Khối lượng đồng:
• Từ phương trình Faraday, ta cĩ:
wnF
It
M
0,893 2 96500
It 2712As
63,54

 
  
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
0,1A 27,124s = 7,5h
1,0A 2,712s = 45,2h
10,0A 271,2s = 4,5 phút
100,0A 27,12s = 0,45 phút
Dịng điện Thời gian
• Nhúng sâu 20cm một thanh sắt 10cmx10cm trong một
dung dịch ăn mịn.
• Sau 4 tuần, khối lượng thanh sắt giảm 70g.
• Tính dịng và mật độ dịng ăn mịn.
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Tổng thời gian của quá trình ăn mịn:
6t 4 7 24 3600 2,42 10 s     
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 55,847g/mol, ta cĩ:
 6
wnF
I
tM
70 2 96500
I 0,1A
2,42 10 55,847

 
  
 
• Tổng diện tích thanh sắt bị ăn mịn:
       
2
A 4 10 20 y 10 10
 900cm
     

mặt bên 1mặt đá
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Mật độ dịng điện:
4 2
I
i
A
0,1
i 1,11 10 A / cm
900


   
1x(10x10)
4x(10x20)
• Giả sử một pin ăn mịn đồng-kẽm cĩ mật độ dịng điện
qua cathode là 0,05A/cm2.
• Diện tích của 2 điện cực đồng và kẽm đều là 100cm2.
• Biết khối lượng mol của kẽm bằng 65,38g/mol.
• Tính dịng và mật độ dịng ăn mịn của điện cực kẽm.
• Tính lượng kẽm mất đi trong mỗi giờ.
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Dịng ăn mịn:
Cu CuI i A 0,05 100 5A   
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
• Dịng ăn mịn bằng nhau tại mọi điểm trong pin.
• Suy ra mật độ dịng của kẽm:
2
Zn
Zn
I 5
i 0,05A / cm
A 100
  
• Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 65,38g/mol, ta cĩ:
ItM
w
nF
5 3600 65,38
w 6,1g / h
2 96500

 
  

ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
Tại anode (ferrite):
Tại cathode (cementite):
2Fe Fe 2e  
2 2
1
O H O 2e 2(OH )
2
   
Vi pin (microgalvanic) trong thép 
(ferrite là anode so với cementite)
ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
Biên hạt cĩ 
năng lượng cao hơn
(anode)
Hạt bên trong cĩ 
năng lượng thấp hơn (cathode)
Các ion
“Hãy theo đuổi sự ưu tú, 
thành cơng sẽ theo đuổi bạn”