Катодная и анодная поляризация в химических процессах коррозии

Катодная поляризация вызывается причинами, аналогичными анодной. Концентрационная катодная поляризация — это снижение потенциала катода чаще всего в связи с недостатком в приэлектродном пространстве того вещества, которое должно восстанавливаться. Если это катионы и если диффузия, за счет которой катионы попадают в приэлектродное пространство,— процесс менее эффективный, чем их разряд на электроде, то катионы просто не успевают в достаточных количествах подойти к катоду из глубины раствора, Тогда некоторые из уже разрядившихся катионов возвращаются обратно, туда, где их мало, унося с металла свой положительный заряд и тем уменьшая его положительный потенциал. Коррозия весьма опасное явление, так как ослабляет металлоконструкции из-за их ржавления, однако существуют марки стали, которые мало подверженны коррозии, так и обычные конструкционные стали, например сталь 45, сталь 20 и другие, которые необходимо защищать от коррозии покраской, электрохимическим покрытием и другими способами.

Катодное перенапряжение — это снижение потенциала катода за счет того, что энергетический барьер существует не только при «уходе из дома» (начале движения), но и при «возвращении домой».

Таким образом, благодаря процессам поляризации электрохимическая коррозия имеет некоторую склонность к самозатуханию.

Но существует ряд явлений, препятствующих поляризации. Прежде чем перейти к рассмотрению этих явлений, с точки зрения защиты от коррозии чрезвычайно вредных, кратко остановимся на понятии лимитирующей стадии процессов. С первого взгляда кажется очевидным, что лимитирующая стадия — это самая медленная стадия процесса. В буквальном переводе «лимитирующая» означает «ограничивающая» — процесс не может идти со скоростью большей, чем скорости этой стадии. Но вот пример. В ведре, наполненном водой, пробили две дырки — большую и маленькую. Ясно, что через маленькую дырку утечка будет меньше, а через большую — больше. Общая же скорость истечения воды будет равна сумме скоростей истечения через оба отверстия. Медленная стадия есть, а общая скорость процесса превышает ее в несколько раз! Но парадокс этот в действительности кажущийся. Дело в том, Что понятие лимитирующей стадии применимо только к процессам, протекающим последовательно, а наше истечение воды из дырявого ведра — это пример параллельного процесса.

А вот пример последовательного процесса — перемещение пассажиров с московской станции метро «Павелецкая-радиальная» на станцию «Павелецкая-кольцевая» с помощью эскалатора. Если пропускная способность эскалатора, скажем, четыре человека в секунду, то как бы много ни приносил голубой экспресс пассажиров на станцию «Павелецкая-радиальная», на станции «Павелецкая-кольцевая» они будут появляться не чаще, чем четыре счастливчика в секунду. А если на радиальной станет совсем невмоготу, то наверх пустят еще одну лестницу, и число счастливчиков удвоится, а количество оторванных пуговиц несколько уменьшится. Этот пример показывает, что для увеличения скорости последовательных процессов нужно найти «узкое место», самую медленную стадию, и интенсифицировать ее.

Теперь вернемся к электрохимической коррозии. Этот процесс протекает через ряд последовательных стадий: анодное растворение металла, приводящее к появлению избытка электронов на аноде, перемещение этих электронов к катоду, где они восстанавливают катионы, приходящие из раствора электролита, и пополнение убыли катионов за счет анодных процессов.

Все «узловые точки» — анод, катод и раствор электролита — связаны друг с другом не более чем одной стрелкой. Это означает, что в данном процессе нет параллельных путей, и он относится к последовательным. Каждая из стрелочек на этом рисунке показывает перемещение заряженных частиц и аналогична эскалатору, рассмотренному в примере с пересадкой пассажиров в Московском метрополитене.