پرسش خود را بپرسید
١٦,٠٠٠ تومان پاداش این پرسش تعلق گرفت به

سوال درس خوردگی پیشرفته

تاریخ
١ ماه پیش
بازدید
٩٧٠

این سوال رو میشه برام حل کنید برای ارشد خوردگیه عکس سوالو اپلود کردم .

عکس پرسش

٣ پاسخ

مرتب سازی بر اساس:
مرحله اول: رسم دیاگرام ایوانز

برای رسم دیاگرام ایوانز برای دو کوپل Zn/Au و Zn/Pt، ابتدا باید پتانسیل تعادلی و چگالی جریان تبادلی هر دو کوپل را در محلول اسید رقیق بدست آوریم.

پتانسیل تعادلی Zn:

EZn-0.76 V vs. SHE

چگالی جریان تبادلی تصاعد هیدروژن بر سه فلز Au Zn و Pt:
  • н (Zn) = 3.2 × 10-11 (A/cm²)
  • ід, н (Au) = 3.2 × 10-7 (A/cm²)

    іо, н (Pt) = 1.0×10-3 (A/cm²)

    با استفاده از این اطلاعات، می توانیم دیاگرام ایوانز را برای هر دو کوپل به صورت زیر رسم کنیم:

    مرحله دوم: تحلیل دیاگرام ایوانز

    همانطور که در دیاگرام ایوانز مشاهده می شود، خطوط Tafel برای هر دو کوپل شیب مشابهی دارند. این نشان می دهد که مکانیزم واکنش خوردگی برای هر دو کوپل مشابه است. با این حال، خطوط Tafel برای کوپل Zn/Au در پتانسیل های پایین تر قرار دارد. این نشان می دهد که سرعت خوردگی Zn/Au در مقایسه با Zn/Pt در پتانسیل های پایین تر بیشتر است.

    مرحله سوم: تعیین عامل مؤثرتر

    برای تعیین اینکه کدام عامل، پتانسیل تعادلی یا چگالی جریان تبادلی، در تعیین سرعت خوردگی فلزات مؤثرتر است، باید به شیب خطوط Tafel توجه کنیم. شیب خط Tafel با ضریب Tafel (b) مرتبط است که به صورت زیر تعریف می شود:

    b = (2.3 RT) / (α nF)

    در این معادله:

    • R ثابت گاز ایده آل (8.314 J/mol·K)
    • T دمای مطلق (K)
    • α ضریب انتقال شارژ
    • n تعداد الکترون های درگیر در واکنش
    • F ثابت فارادی (96485 C/mol)

    همانطور که مشاهده می شود، شیب خط Tafel به ضریب Tafel، α، و تعداد الکترون های درگیر در واکنش، n، وابسته است. از آنجایی که مکانیزم واکنش خوردگی برای هر دو کوپل مشابه است، می توانیم فرض کنیم که ضریب Tafel برای هر دو کوپل یکسان است. همچنین، تعداد الکترون های درگیر در واکنش خوردگی برای هر دو کوپل یکسان است (n = 2 برای واکنش تصاعد هیدروژن).

    با توجه به این موارد، می توان نتیجه گرفت که شیب خط Tafel فقط به پتانسیل تعادلی (Ecorr) بستگی دارد. بنابراین، پتانسیل تعادلی در تعیین سرعت خوردگی فلزات مؤثرتر است.

    نتیجه گیری:

    با تحلیل دیاگرام ایوانز برای دو کوپل Zn/Au و Zn/Pt در محلول اسید رقیق، می توان نتیجه گرفت که پتانسیل تعادلی در تعیین سرعت خوردگی فلزات مؤثرتر از چگالی جریان تبادلی است. این به این دلیل است که شیب خط Tafel فقط به پتانسیل تعادلی بستگی دارد، در حالی که به چگالی جریان تبادلی وابسته نیست.

    نکات اضافی:
    • در برخی موارد، چگالی جریان تبادلی می تواند نقش مهمی در تعیین سرعت خوردگی داشته باشد. به عنوان مثال، اگر چگالی جریان تبادلی بسیار بالا باشد، حتی اگر پتانسیل تعادلی کم باشد، سرعت خوردگی می تواند بالا باشد.
    • عوامل دیگری نیز می توانند بر سرعت خوردگی فلزات تأثیر بگذارند، مانند ترکیب محیط، دما و تنش مکانیکی.
    تاریخ
    ١ ماه پیش
    •  برای انتخاب بهترین جفت الکترود برای ساخت یک سلول گالوانی، باید دو فاکتور پتانسیل استاندارد و جریان تبادل استاندارد را در نظر بگیریم.
    • پتانسیل استاندارد (E^0) برای زینک (Zn) مقداری منفی است، یعنی -0.76 ولت در مقابل الکترود استاندارد هیدروژن (SHE). 
      این مقدار برای هر دو جفت الکترود Zn/Pt و Zn/Au بالا است، چون پتانسیل استاندارد برای طلا (Au) و پلاتین (Pt) مثبت است و بیشتر از زینک هستند. بنابراین، هر دو جفت الکترود می‌تانند به عنوان کاتد عمل کنند و زینک به عنوان آند.
    • اما جریان تبادل استاندارد (i_0,h) برای هر متریال نشان‌دهنده سرعت واکنش‌های الکتروشیمیایی در سطح الکترود است.
       جریان تبادل استاندارد بالاتر به معنای کینتیک واکنش بهتر و راه‌اندازی سریع‌تر سلول گالوانی است.
       بر اساس اطلاعات داده شده، جریان تبادل استاندارد برای پلاتین (Pt) بسیار بیشتر از طلا (Au) است (1.0 x 10^-3 در مقابل 3.2 x 10^-7 آمپر بر سانتی‌متر مربع).
    • بنابراین، با توجه به اینکه جریان تبادل استاندارد برای پلاتین بسیار بالاتر از طلا است، جفت الکترود Zn/Pt کینتیک واکنش بهتری دارد و سلول گالوانی ساخته شده با این جفت الکترود، عملکرد بهتری خواهد داشت. پس جفت الکترود Zn/Pt بهترین انتخاب برای تشکیل یک سلول گالوانی است بر اساس معیارهای مرتبط با پتانسیل استاندارد و جریان تبادل استاندارد.
    ٤٠
    طلایی
    ٠
    نقره‌ای
    ٠
    برنزی
    ٠
    تاریخ
    ١ ماه پیش

    برای حل این مسئله، ابتدا باید دیاگرام ایوانز را برای دو کوپل Zn/Au و Zn/Pt در محلول اسید رقیق رسم کنیم.

    دیاگرام ایوانز برای کوپل Zn/Au

    در پنجره جدیدی باز می‌شود

    abadis.ir

    دیاگرام ایوانز برای کوپل Zn/Au

    در این دیاگرام، محور افقی چگالی جریان تبادلی (j) و محور عمودی پتانسیل (η) را نشان می‌دهد. خطوط پررنگ خطوط تعادلی برای واکنش‌های اکسیداسیون و احیا هستند. خطوط نازک خطوط قطبی برای واکنش‌های اکسیداسیون و احیا هستند.

    در این دیاگرام، خط تعادلی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ در پتانسیل EZn = -0.76 V در برابر SHE قرار دارد. خط قطبی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ در محلول اسید رقیق در پتانسیل η1 قرار دارد. خط قطبی برای واکنش احیای H+ به H2 در سطح Au در پتانسیل η2 قرار دارد.

    دیاگرام ایوانز برای کوپل Zn/Pt

    در این دیاگرام، خط تعادلی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ در پتانسیل EZn = -0.76 V در برابر SHE قرار دارد. خط قطبی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ در محلول اسید رقیق در پتانسیل η3 قرار دارد. خط قطبی برای واکنش احیای H+ به H2 در سطح Pt در پتانسیل η4 قرار دارد.

    تعیین عامل مؤثرتر

    با مقایسه دیاگرام‌های ایوانز برای دو کوپل Zn/Au و Zn/Pt، می‌توان مشاهده کرد که خط تعادلی برای هر دو کوپل در یک پتانسیل قرار دارد. با این حال، خطوط قطبی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ در دو کوپل در پتانسیل‌های مختلف قرار دارند. این نشان می‌دهد که چگالی جریان تبادلی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ در دو کوپل Zn/Au و Zn/Pt متفاوت است.

    در کوپل Zn/Au، چگالی جریان تبادلی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ (j1) بسیار کمتر از چگالی جریان تبادلی برای واکنش احیای H+ به H2 در سطح Au (j2) است. این نشان می‌دهد که واکنش احیای H+ به H2 در سطح Au سرعت‌دهنده فرآیند خوردگی فلز Zn در کوپل Zn/Au است.

    در کوپل Zn/Pt، چگالی جریان تبادلی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ (j3) بسیار بیشتر از چگالی جریان تبادلی برای واکنش احیای H+ به H2 در سطح Pt (j4) است. این نشان می‌دهد که واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ سرعت‌دهنده فرآیند خوردگی فلز Zn در کوپل Zn/Pt است.

    بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که چگالی جریان تبادلی در تعیین سرعت خوردگی فلزات مؤثرتر از پتانسیل تعادلی است.

    توضیح

    در فرآیند خوردگی فلز، فلز به یون‌های فلزی اکسید می‌شود و یون‌های هیدروژن در محلول اسید به هیدروژن احیا می‌شوند. سرعت این فرآیند توسط چگالی جریان تبادلی تعیین می‌شود. چگالی جریان تبادلی تعداد یون‌های فلزی که در واحد زمان از سطح فلز عبور می‌کنند و به یون‌های فلزی تبدیل می‌شوند را نشان می‌دهد.

    پتانسیل تعادلی نیز در فرآیند خوردگی فلز نقش دارد. پتانسیل تعادلی اختلاف پتانسیل بین فلز و محلول اسید را نشان می‌دهد. هرچه پتانسیل تعادلی فلز منفی‌تر باشد، احتمال اکسید شدن فلز بیشتر است.

    با این حال، در بسیاری از موارد، چگالی جریان تبادلی نقش مهم‌تری در تعیین سرعت خوردگی فلز دارد. این به این دلیل است که چگالی جریان تبادلی مستقیماً با سرعت فرآیند خوردگی مرتبط است، در حالی که پتانسیل تعادلی فقط احتمال اکسید شدن فلز را نشان می‌دهد.

    در مسئله مورد بحث، چگالی جریان تبادلی برای واکنش اکسیداسیون Zn به Zn2+ در دو کوپل Zn/Au

    تاریخ
    ١ ماه پیش

    پاسخ شما