Laboratóriumi gyakorlat
AZ ALUMINUM KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA LÚGOS KÖZEGBEN Az alumínium - mivel tipikusan amfoter sajátságú elem - mind savakban, mind pedig lúgokban H2 fejl dés közben oldódik. A fémoldódási (korróziós) folyamat pillanatnyi sebességét általában a korrózió során oldódó fém tömegének felület- és id egységre vonatkoztatott változásával definiáljuk, az alábbi módon:
vkorr = ahol m A t
dm , g/m2.d , Ad t
a korrodált fém tömege, g, a felület, m2, az id , d .
Gyakorlatban véges id alatt bekövetkez véges tömegváltozást mérünk, és a korrózió ezen id alatti átlagos sebességét határozzuk meg, vagyis mintha a korrózió állandó sebesség lenne ebben az id intervallumban. A korróziósebesség meghatározásának többféle módja ismeretes. Ha a korróziós folyamat során a fém oldódása közben pl. H2 fejl dik, akkor a sztöchiometriai viszonyok ismeretében a gáz anyagmennyiségének megmérésével a feloldódott fém tömege, abból - a felület és az id ismeretében - a korrózió sebessége a fenti összefüggés alapján kiszámítható. Az alumínium oldódása NaOH-oldatban az alábbi kémiai reakcióval adható meg:
Al + NaOH + H2O = NaAlO2 + 1,5 H2 ,
vagyis 1 mol Al oldódása során 1,5 mol H2 gáz képz dik.
A mérési feladat:
1. Mérje meg az Al próbatest oldódása közben képz d H2 gáz térfogatát különböz id pontokban! 2. Számítsa ki a 30. perc adatai alapján az átlagos korróziósebességet!
A gyakorlat kivitelezése:
A próbatest teljes felületének kiszámításához tolómércével mérjük meg a próbatest élhosszait! A mérés céljára a 1. ábrán látható készülék szolgál. A f z pohárba helyezzük bele a kis üvegedényt, és töltsük be a megadott koncentrációjú NaOH-oldatot! A Bunsen-állványra szerelt gázbüretta (eudiométer) tölcséres végét merítsük kb. 1 cm-rel a folyadék felszíne alá úgy, hogy a kis üvegedény a gázbüretta alatt - a próbatest behelyezése céljából - oldal irányba elcsúsztatható legyen!
1. ábra: A korróziós vizsgálat céljára szolgáló készülék A gázbüretta fels részén lév csaphoz csatlakozó gumicsövön keresztül vízsugárszivattyú segítségével a folyadékot óvatosan szívjuk fel a gázbüretta fels részéig és állítsuk be a meniszkuszt nulla szintre! A zsírtalanított Al próbatestet csipesz segítségével helyezzük a kis üvegedénybe és ezeket csúsztassuk a gázbüretta tölcséres vége alá úgy, hogy a fejl d H2 gáz veszteség nélkül a cs ben gy lhessen össze! A vizsgálatot 30 percig végezzük, miközben 5 percenként a fejl d gáz térfogatát feljegyezzük. A korróziós folyamatban képz d H2 térfogatát, anyagmennyiségét, valamint az ezzel egyenérték Al tömegét a vizsgálat 30. percében kapott adatokból számítjuk ki.
A számítás menete: A gázbürettában összegy lt légnem anyag egyrészt nem tiszta hidrogén, hanem a h mérséklett l függ mennyiség vízg zt is tartalmaz (nedves gáz, a víz g znyomása: pH2O), másrészt a nyomása is eltér a küls légnyomástól (pb) a cs ben lév folyadékoszlop hidrosztatikai nyomása (ph) miatt. Ezért els ként kiszámítjuk az
2
ún. száraz gáz nyomását (pH2) a
pH2 = pb - pH2O - ph
összefüggéssel. Az általános gáztörvény segítségével kiszámítjuk a H2 anyagmennyiségét, abból a vele egyenérték Al tömegét: nH = 2
pH V H 2
RT
2
27 n H
,
mAl = 1,5
2
.
Végül a korrózió átlagos sebessége a mértékegységek figyelembe vételével:
vkorr =,
mAl ⋅ 60 ⋅ 24 g/m2.d . A ⋅ 30
Az inhibitoros védelem hatásfoka az alábbiak szerint adódik:
= ((vkorr(inh. nélkül) – vkorr(inhibitorral))/vkorr(inh. nélkül))*100
A víz egyensúlyi g znyomásának h mérsékletfüggése G zny. pH2O Pa 1705 1760 1817 1876 1937 2000 2064 2130 2197 2260 2338 2396 2486 2566 2644 2726 2809 2895 2984 3074 3168
A víz eg yensúlyi g znyo má sának h mérsék letfüg gése 3 30 0 3 10 0 2 90 0
G znyomás, p H2O , Pa
H mérs. t o C 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 24,5 25
2 70 0 2 50 0 2 30 0 2 10 0 1 90 0 1 70 0 1 50 0 15
17
19
21
23
25
o
H mérséklet, t , C 3
Laboratóriumi gyakorlat
Név: ....................................... Tcs: ......... Dátum: .....................................................
AZ ALUMINIUM KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA LÚGOS KÖZEGBEN Észlelési- és eredménylap 1. KISÉRLETI ADATOK Az Al-lemez mérete: …………...……….. cm,
felülete: A = ……… cm2
A korróziós közeg: ...................................., összetétele: .................. %(m/m) Inhibítortartalom: 0 %(m/m) Az Al-lemez mérete: …………...……….. cm,
felülete: A = ……… cm2
A korróziós közeg: ...................................., összetétele: .................. %(m/m) Inhibítortartalom: ………………………………………..%(m/m) Légköri nyomás: .............. Hgmm, H mérséklet: t = .............. oC,
pb = ........................... Pa Vízg ztenzió: pH2O = .................. Pa
Az eudiométer cs ben összegy lt gáz térfogata Id , t, min
H2 térfogat, VH2, cm3
Id , t, min
inhibitor nélkül
H2 térfogat, VH2, cm3
inhibitorral
0
0
5
5
10
10
15
15
20
20
30
30 4
2. SZÁMITOTT ADATOK A 30. PERCBEN
1. inhibitor nélkül A folyadékoszlop magassága az eudiométer cs ben a: h = ……… mm hidrosztatikai nyomása: ph = ………………….. Pa A száraz H2 gáz nyomása: pH2 = …………… Pa A fejl dött H2 gáz térfogata: VH2 = …….….. m3 A H2 gáz anyagmennyisége: nH2 = ………… mol A feloldódott Al tömege: mAl = ………………. g A korrózió sebessége: vkorr =………………………. g.m -2.d -1 2. inhibitorral A folyadékoszlop magassága az eudiométer cs ben a: h = ……… mm hidrosztatikai nyomása: ph = ………………….. Pa A száraz H2 gáz nyomása: pH2 = …………… Pa A fejl dött H2 gáz térfogata: VH2 = …….….. m3 A H2 gáz anyagmennyisége: nH2 = ………… mol A feloldódott Al tömege: mAl = ………………. g A korrózió sebessége: vkorr =………………………. g.m -2.d -1 Az inhibitoros védelem hatásfoka:
5
