Invloed van de pH op zuurstof- en zuurcorrosie

Invloed van de pH op zuurstof- en zuurcorrosie Corrosie is de ongewenste oxidatie van een metaal en wordt vooral veroorzaakt door zuurstof (zuurstofcorrosie) en water (zuurcorrosie). Beide vormen van corrosie worden bevorderd in zuur milieu. Door ijzer te bewaren in een basische oplossing kan zuurcorrosie worden verhinderd. Zuurstofcorrosie kan alleen verhinderd worden door ijzer onder inerte atmosfeer te brengen.

Inhoud


Normpotentialen

Deze waarden vind je terug op de achterkant van elk periodiek systeem. Een normpotentiaal geeft aan hoe sterk een oxidator en een reductor is.

Voorbeelden
E°(Na+/Na) = -2.710 V

Natrium is een sterke reductor en zijn geconjugeerde oxidator is erg zwak. Als je een blokje natriummetaal in water brengt, krijg je een explosie. Na-ionen daarentegen reageren niet.

E° (MnO4-/Mn2+) = 1.507 V

MnO4- (paars) is een sterke oxidator terwijl zijn geconjugeerde reductor Mn2+ (bruin) heel zwak is. Wanneer je een MnO4--oplossing een weekje laat staan, zal deze al flink bruin geworden zijn. Het omgekeerde zal nooit gebeuren.

De vergelijking van Nernst

Normpotentialen werden bepaald bij normomstandigheden: bij een druk van 1 atmosfeer, een temperatuur van 25°C en voor alle betrokken stoffen een concentratie van 1 mol/L. Om het gedrag van een redoxkoppel bij andere concentraties te kennen, kan je gebruik maken van de vergelijking van Nernst. De vergelijking van Nernst geeft weer hoe de waarde van de redoxpotentiaal verandert met de concentraties van de betrokken redoxkoppels.

Algemeen:
  • Ox + ne- → Red
  • E(Ox/Red) = E°(Ox/Red) + 0.059/n log (cox/cred)

Met bovenstaande voorbeelden:
  • Na+ + e- → Na
  • E(Na+/Na) = E°(Na+/Na) + 0.059/1 log cNa+

  • MnO4- + 5 e- + 8H+ → Mn2+ + 4H2O
  • E(MnO4- /Mn2+) = E°(MnO4- /Mn2+) + 0.059/5 log((cMnO4- . cH+8)/cMn2+)

Zuurstofcorrosie

Bij zuurstofcorrosie wordt het metaal geoxideerd door zuurstofgas dat zelf gereduceerd wordt tot H2O. De invloed van de pH kan worden nagegaan door de redoxpotentialen van de betrokken koppels bij verschillende waarde van de pH. De berekening werd gedaan bij een pH van 3 (erg zuur), een pH van 7 (neutraal) en een pH van 10 (erg basisch).

Zuurstofcorrosie van ijzer bij pH=3 (cH+ = 10-3 mol/L)

  • Fe → Fe2+ + 2 e-
  • E°(Fe2+/Fe) = -0.447 V (halfreactie is onafhankelijk van de pH)
  • O 2 + 4 e- +4H+→ 2H2 O
  • E(O2 /H2O) = E°(O2 /H2O) + 0.059/4 log (cH+)4 = 1.229 + 0.059/4 log (10-3)4 = 1.052 V

Zuurstofcorrosie van ijzer bij pH=7 (cH+ = 10-7 mol/L)

  • Fe → Fe2+ + 2 e-
  • E°(Fe2+/Fe) = -0.447 V(halfreactie is onafhankelijk van de pH)
  • O2 + 4 e- +4H+→ 2H2 O
  • E(O2 /H2 O) = E°(O2/H2O) + 0.059/4 log (cH+)4 = 1.229 + 0.059/4 log (10-7)4 = 0.816 V

Zuurstofcorrosie van ijzer bij pH=10 (cOH- = 10-4 mol/L)

  • Fe → Fe2+ + 2 e-
  • E°(Fe2+/Fe) = -0.447 V (halfreactie is onafhankelijk van de pH)
  • O2 + 4 e- +4H2 O → 2H2 O + 4OH-
  • E(O2/H2 O) = E°(O2 /H2 O) + 0.059/4 log (1/cOH-)4 = 0.639 V

Bij een toename van de pH neemt de redoxpotentiaal van O2 af wat wijst op een dalende oxidatorsterkte. Daar ijzer een goede reductor is met een redoxpotentiaal van -0.477 V, kan de corrosie door O2 niet verhinderd worden door een hoge pH.

Zuurcorrosie

Bij de zuurcorrosie reageren metalen met een zuur of gewoon met water tot een metaalzout en waterstofgas. De invloed van de pH kan worden nagegaan door de redoxpotentialen van de betrokken koppels bij verschillende waarde van de pH. De berekening werd gedaan bij een pH van 3 (erg zuur, een pH van 7 (neutraal) en een pH van 10 (erg basisch).

Zuurcorrosie van ijzer bij pH=3

  • Fe → Fe2+ + 2 e-
  • E°(Fe2+/Fe) = -0.447 V (halfreactie is onafhankelijk van de pH)
  • 2H+ + 2 e- → H2
  • E(H+/H2 ) = E°(H+/H2) + 0.059/2 log (cH+)2= 0 V + 0.059/2 log(10-3)2 = -0.177 V

Zuurcorrosie van ijzer bij pH=7

  • Fe → Fe2+ + 2 e-
  • E°(Fe2+/Fe) = (halfreactie is onafhankelijk van de pH)
  • 2H+ + 2 e- → H2
  • E(H+/H2) = E°(H+/H2) + 0.059/2 log (cH+)2 = 0 V + 0.059/2 log(10-7)2 = -0.413 V

Zuurcorrosie van ijzer bij pH=10

  • Fe + 2OH- → FeO + 2 e- + H2O
  • E(Fe2+/Fe) = E°(Fe2+/Fe) + 0.059/2 log (cOH-)2
  • 2H2O + 2 e- → H2 + 2OH-
  • E(H2O/H2) = E°( H2O /H2) + 0.059/2 log (1/cOH-)2 = -0.590 V

Bij een toename van de pH neemt de redoxpotentiaal van H2O af wat wijst op een dalende oxidatorsterkte. Bij een pH van 7, in neutraal milieu dus, zal Fe nog slechts heel traag gecorrodeerd worden. Bij een hoge pH zal er geen zuurcorrosie van ijzer optreden.

Je kan eenvoudig berekenen wat de pH moet zijn om zuurcorrosie te verhinderen. De redoxpotentiaal van H2O moet dan even groot of kleiner zijn dan -0.447V.
  • -0.447 V = E°(H+/H2) + 0.059/2 log (cH+)2
  • -0.447 .2/0.059 = log (cH+)2
  • cH+ = 2.7 . 10-8
  • pH = 7.58

Bij licht basische pH zal ijzer dus alleen nog worden aangetast door het in water opgeloste O2 en niet meer door het H2O zelf.
© 2020 Guust2016, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Bleekwater en zure ontkalker, een gevaarlijke chloorcocktailBleekwater en zure ontkalker, een gevaarlijke chloorcocktailBleekwater (of javel) bevat hypochlorietionen (ClO-) die als sterke oxidator fungeren t.o.v. kleurstoffen (bleekwater) e…
Biologische vervuiling in ketel- en koelwaterBiofilmen ontstaan door biologische verontreiniging van het supletiewater waarbij temperaturen van om en bij de 25°C tot…
Eigenschappen en toepassingen van gietbronsBrons is een kopertin legering (minimaal 4% tin). Naast tin kan er ook zink, lood, nikkel, ijzer, mangaan, aluminium en…
Hastelloy superlegeringen: eigenschappen en toepassingenHastelloy superlegeringen: eigenschappen en toepassingenDe belangrijkste functie van Hastelloy's is zijn bestendigheid tegen hoge temperaturen, hoge spanningen in een corrosiev…

Kryoliet als katalysator bij de bereiding van aluminiumKryoliet als katalysator bij de bereiding van aluminiumKryoliet (natriumaluminiumfluoride Na3AlF6) heeft een dubbele functie bij de industriële bereiding van aluminium uit bau…
Kwantitatieve elektrolyse als analytische methodeKwantitatieve elektrolyse als analytische methodeWanneer men door een elektrolytoplossing of -smelt een gelijkstroom stuurt, zal er aan de negatieve pool een gedwongen r…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: Analogicus, Pixabay
  • Analytische scheikunde 1 (Biermans, Pyra en Schuyten)

Reageer op het artikel "Invloed van de pH op zuurstof- en zuurcorrosie"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Guust2016
Laatste update: 02-03-2020
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Scheikunde
Bronnen en referenties: 2
Schrijf mee!