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

Download

CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU

ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

6/2016

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

THẾ ĐIỆN CỰC

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

Phương trình Nernst mô tả thế điện cực ở 25^oC:

0,0592

E  E⁰

logC_ion

Trong đó:

• C_ion: 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).

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Giả sử dung dịch 1000g nước chứa 1g Cu²⁺ở 25^oC.

• 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 MÒN 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:

C_Cu_2

 0,0157M

63,54

• Từ phương trình Nernst, với n = 2, E⁰= +0,34V, ta có:

0,0592

E  E⁰

logC_ion

0,0592

 E  0,34 

log0,0157  0,29V

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

TỐC ĐỘ ĂN MÒN

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

Phương trình Faraday định lượng vật liệu được mạ lên

cathode hoặc bị mòn đi ở anode:

ItM

w 

Trong đó:

• w: là lượng vật liệu bám vào hoặc mất đi ở điện cực (g)

• I: là dòng 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).

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

Phương trình Faraday định lượng vật liệu được mạ lên

cathode hoặc bị mòn đi ở anode.

• Với diện tích bề mặt điện cực là A (cm²):

• Mật độ dòng điện i = I/A:

iAtM

w 

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Cần mạ một lớp đồng dày 0,1cm lên bề mặt một

cathode có diện tích 1cmx1cm.

• Biết đồng có khối lượng riêng bằng 8,93g/cm³và khối

lượng mol bằng 63,54g/mol.

• Thiết kế quá trình (dòng điện, thời gian mạ).

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Diện tích bề mặt cathode cần mạ A = 1cm².

• Với lớp đồng dày 1cm, ta có thể tích đồng:

V 1cm²0,1cm  0,1cm³

• Khối lượng đồng:

m  V  8,930,1 0,893g

• Từ phương trình Faraday, ta có:

wnF

It 

0,893296500

 It 

 2712As

63,54

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

Dòng điện

Thời gian

0,1A

1,0A

10,0A

100,0A

27,124s = 7,5h

2,712s = 45,2h

271,2s = 4,5 phút

27,12s = 0,45 phút

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Nhúng sâu 20cm một thanh sắt 10cmx10cm trong một

dung dịch ăn mòn.

• Sau 4 tuần, khối lượng thanh sắt giảm 70g.

• Tính dòng và mật độ dòng ăn mòn.

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Tổng thời gian của quá trình ăn mòn:

t  47243600  2,4210⁶s

• Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 55,847g/mol, ta có:

wnF

I 

70296500

 I 

 0,1A

2,4210⁶55,847





ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Tổng diện tích thanh sắt bị ăn mòn:

A  4maët beân  1020  1maët ñaùy  1010



 



 900cm²

• Mật độ dòng điện:

i 

0,1

 i  1,1110^4A / cm²

900

4x(10x20)

1x(10x10)

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Giả sử một pin ăn mòn đồng-kẽm có mật độ dòng 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 dòng và mật độ dòng ăn mòn của điện cực kẽm.

• Tính lượng kẽm mất đi trong mỗi giờ.

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

• Dòng ăn mòn:

I  i_CuA_Cu 0,05100  5A

• Dòng ăn mòn bằng nhau tại mọi điểm trong pin.

• Suy ra mật độ dòng của kẽm:

I 5

i_Zn   0,05A / cm²

A_Zn100

• Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 65,38g/mol, ta có:

ItM

w 

5360065,38

 w 

 6,1g / h

296500

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

Tại anode (ferrite):

Fe  Fe^2 2e^

Tại cathode (cementite):

O₂ H₂O  2e^ 2(OH^)

Vi pin (microgalvanic) trong thép

(ferrite là anode so với cementite)

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

Biên hạt có

năng lượng cao hơn

(anode)

Các ion

Hạt bên trong có

năng lượng thấp hơn (cathode)

“Hãy theo đuổi sự ưu tú,

thành công sẽ theo đuổi bạn”

20 trang baolam 28400 Free

Download

Bạn đang xem tài liệu "Bài tập môn Cơ sở khoa học vật liệu: Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

bai_giang_co_so_khoa_hoc_vat_lieu_bai_tap_an_mon_va_bao_ve_v.pdf