Техника - молодёжи 1979-01, страница 42
НЕВИДИМЫЕ ЗАЩИТНИКИ МЕТАЛЛОВ ИОСИФ РОЗЕНФЕЛЬД, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор химических наук, профессор При знакомстве с проблемами коррозии следует удивляться не тому, что металлы разрушаются, а тому, что ученые и инженеры научились замедлять этот естественный самопроизвольный процесс и успешно эксплуатировать массу металлических изделий, достигающую миллиардов тонн. И среди немногочисленных методов защиты от коррозии есть один, который по эффективности, широте распространения и экономичности не имеет себе равных. Это ингибирова-ние — добавление в коррозионную среду незначительных количеств некоторых веществ, уменьшающих ее агрессивность по отношению к металлам. Мало кто знает, что широкое применение автомобилей, транспортировка и хранение газов, запуски космических ракет, эксплуатация обычных и атомных электростанций и многое другое было бы невозможно без ингибиторов коррозии. Как же эти невидимые частицы, по размерам не превышающие молекулы (10~8 см), могут предотвратить разрушающее действие на металлы столь грозных реагентов, как кислоты и морская вода? Долгое время это удивительное чудо, давно знакомое человечеству, оставалось загадкой. Высказывались различные гипотезы, и только в последние годы благодаря достижениям физической химии и развитию экспериментальной техники удалось вскрыть механизм ингиби-роваиия. В № 10, 11 и 12 за 1978 год была начата публикация цикла материалов, посвященных одной из важнейших проблем техники, — коррозии металлов и борьбе с ней. Первое, что приходило ученым на ум: ингибиторы адсорбируются на поверхности металла и образуют своеобразный барьер, препятствующий доступу электролитов. Однако исследования, выполненные в нашей стране и за рубежом, показали, что число ионов, адсорбирующихся на поверхности металлов, составляет 4LH>-1013 на см2. А с помощью точнейшей измерительной техники удалось выяснить: количество ингибитора, адсорбированного на различных металлах, не превышает 10"—1012 молекул на ту же площадь. Если учесть, что для образования одного монослоя требуется примерно 1014 молекул на см2, то становится ясным, что ингибитором заполняется лишь сотая или десятая часть поверхности и ни о каком экранирующем действии в большей части случаев не может быть речи. По всей видимости, адсорбирующиеся частицы должны каким-то образом изменять энергетическое состояние атомов, делая их неспособными к Химическим реакциям. Бензоаты аминов, адсорбируясь, отдают свои электроны металлу, то есть выступают в роли доноров. При этом сами они заряжаются положительно, образуя на поверхности металла двойной электрический слой положительного знака. А поскольку из металлической решетки в раствор переходят также положительно заряженные частицы — ион-атомы металла, — этот процесс становится невозможным. Однако не все ингибиторы способны отдавать металлам электроны, то есть выступать в роли доноров. Не у всех металлов также есть незаполненные электронные подуровни, поэтому не все они способны отнимать электроны у ингибиторов. Как же действуют такие ингибиторы? Механизм их действия удалось вскрыть с помощью квантовой химии. На рисунке 1 в качестве примера показана структура хромат-иона, ориентированного различным образом на поверхности железа. С помощью ЭВМ можно рассчитать, как меняют Редакция продолжает начатый разговор статьями заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора И. Розенфельда и кандидата технических наук Р. Мачевской. ВЕКА ся заряды различных атомов иона при его адсорбции металлом. Расчеты показали, что при адсорбции таких ингибиторов, как Cr02~, VOf~, МоО^-, WO4"-, суммарный отрицательный заряд на атомах кислорода возрастает в несколько раз, в то время как положительный заряд центральных атомов иона (Сг, Mo, V, W) практически не изменяется. Это означает: указанные ингибиторы выступают как приемники — акцепторы электронов, причем ингибиторы с металлом связаны атомами кислорода, а не центральными металлическими атомами, как считали ранее. Адсорбция частиц с акцепторными свойствами также может замедлять скорость растворения металла, но по иному механизму, чем у ингибиторов донорного типа. Образуя сравнительно прочную химическую связь с металлом, такие ингибиторы химически связывают наиболее реакционноспо-собные атомы, находящиеся" на поверхности металла. Кроме того, адсорбированная частица изменяет свойства не только того атома, на котором она адсорбировалась, но и близлежащих. Благодаря этому защита может быть достигнута и при частичном заполнении поверхности ингибитором. Не менее важно для выяснения механизма действия ингибиторов установить, каков характер адсорбции. Какой это процесс — химический или физический? И здесь на помощь ученым приходят новейшие методы исследования. На рисунке 2 представлены изотермы адсорбции (DEFGD) и десорбции (GHKJG) метанитробензоната гексаметиленамина из газовой фазы. Количество ингибитора, прочно связанного с поверхностью металла, определяется по разности - площадей DEFGD и GHKJG. Расчет показал, что основная часть ингибитора прочно связана с поверхностью металла и, стало быть, адсорбция — процесс химический по своей природе. КОРРОЗИЯ-БОЛЕЗНЬ 40 |
