Условие задачи

Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний – никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

Решение

Ниже представлено подробное решение задачи по электрохимии (коррозионная электрохимия), где составляются электрохимические (полу)уравнения для анодного и катодного процессов при двух вариантах деполяризации – кислородной и водородной – для пары магний–никель.

─────────────────────────────
1. Общие моменты

В данной системе магний является активным (анод) и его окисление сопровождается выделением электронов, а никель – менее активный (катод), на котором происходит реакция восстановления деполяризатора. При кислородной деполяризации восстанавливается кислород, а при водородной – протоны (водородные ионы) превращаются в водород.

Важным аспектом является то, что выбор катодного процесса определяет режим коррозии и образующиеся продукты:
• При кислородной деполяризации на участке никеля происходит восстановление кислорода, что приводит к выделению гидроксид-ионов, которые в присутствии магний-ионов (Mg²⁺) приводят к осаждению гидроксида магния (Mg(OH)₂).
• При водородной деполяризации происходит восстановление протонов с образованием водорода (H₂), а магний переходит в форму растворённого Mg²⁺ – в зависимости от условий среда может оставаться кислой, и защитного осадка не образуется.

─────────────────────────────
2. Случай I. Кислородная деполяризация

А) Анодный процесс (окисление магния):
Mg(в) → Mg²⁺(акв) + 2e⁻

Б) Катодный процесс (восстановление кислорода):
O₂(газ) + 2H₂O(ж) + 4e⁻ → 4OH⁻(акв)

Чтобы учесть сохранение числа электронов, умножим анодное уравнение на 2:
2Mg(в) → 2Mg²⁺(акв) + 4e⁻

Сложив получаем:
2Mg(в) + O₂(газ) + 2H₂O(ж) → 2Mg²⁺(акв) + 4OH⁻(акв)

Далее Mg²⁺ и OH⁻ реагируют с образованием нерастворимого осадка – гидроксида магния:
2Mg²⁺(акв) + 4OH⁻(акв) → 2Mg(OH)₂(т)

Таким образом, суммарное уравнение коррозии при кислородной деполяризации можно записать как:
2Mg(в) + O₂(газ) + 2H₂O(ж) → 2Mg(OH)₂(т)

Продукт коррозии в этом случае – гидроксид магния (Mg(OH)₂).

─────────────────────────────
3. Случай II. Водородная деполяризация

А) Анодный процесс (окисление магния) тот же, что и прежде:
Mg(в) → Mg²⁺(акв) + 2e⁻

Б) Катодный процесс (восстановление протонов – водородная эволюция):
2H⁺(акв) + 2e⁻ → H₂(газ)

Суммарное уравнение (анодное + катодное):
Mg(в) + 2H⁺(акв) → Mg²⁺(акв) + H₂(газ)

В этом случае продукт коррозии – ионизированный магний в растворе (Mg²⁺) и газообразный водород. Если раствор содержит, например, хлориды или другие анионы, может образовываться соответствующая соль магния; однако в общем случае коррозия сопровождается диссоциацией магния в водном растворе с выделением водорода.

─────────────────────────────
4. Итог

• При кислородной деполяризации:
– Анод: Mg(в) → Mg²⁺ + 2e⁻
– Катод: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
– Суммарное: 2Mg + O₂ + 2H₂O → 2Mg(OH)₂
Продукт коррозии: гидроксид магния (Mg(OH)₂).

• При водородной деполяризации:
– Анод: Mg(в) → Mg²⁺ + 2e⁻
– Катод: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂
– Суммарное: Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂
Продукт коррозии: растворённый ион магния (или его соль при наличии соответствующих анионов) и выделение водорода.

Таким образом, при коррозии пары магний–никель с кислородной деполяризацией образуется нерастворимый защитный осадок гидроксида магния, а при водородной деполяризации магний окисляется с выделением H₂ и остаётся в виде ионов в растворе.