🦷 Електрохімічна Корозія (Тафель)

Корозія металу через діаграму Еванса: анодне розчинення та катодне відновлення перетинаються при E_corr. Кінетика Батлера-Фольмера з нахилами Тафеля βa, βc.

ХіміяІнтерактивна
Діаграма Еванса: log(i) vs E · Перетин = E_corr, i_corr

Як це працює

Діаграма Еванса — графічне представлення кінетики корозії. Вона будує електродний потенціал (E) по осі Y та логарифм густини струму (log i) по осі X. Проводяться дві криві поляризації: анодна (розчинення металу) та катодна (відновлення кисню або виділення водню). Місце їх перетину визначає потенціал корозії E_corr та густину струму корозії i_corr.

Кінетика Батлера-Фольмера керує кожною електродною реакцією. В зоні Тафеля (великі перенапруги) експоненційні члени спрощуються до прямих ліній у логарифмічному масштабі з нахилами βa (анодний) та βc (катодний) у мВ на декаду струму.

i = i₀ · [exp(2.303·η/βa) − exp(−2.303·η/βc)]
Анодний Тафель: E = E_eq + βa · log(i/i₀)
Катодний Тафель: E = E_eq − βc · log(i/i₀)
Стерн-Гірі: i_corr = B/Rp, B = (βa·βc)/(2.303·(βa+βc))

Часті запитання

Що таке діаграма Еванса?

Діаграма Еванса будує залежність електродного потенціалу (E) від логарифму густини струму (log i). Вона показує анодні та катодні криві поляризації, що перетинаються у точці E_corr та i_corr.

Що таке нахили Тафеля?

Нахили Тафеля (βa для анодного, βc для катодного) описують зміну потенціалу електрода з логарифмом густини струму. Типові значення — 60–120 мВ/декаду для більшості систем метал/електроліт.

Що таке кінетика Батлера-Фольмера?

Рівняння Батлера-Фольмера описує залежність струму електрода від перенапруги: i = i0[exp(αaFη/RT) − exp(−αcFη/RT)], де i0 — обмінна густина струму, η — перенапруга, αa, αc — коефіцієнти переносу.

Як визначити швидкість корозії з E_corr та i_corr?

Швидкість корозії пропорційна i_corr, визначеній у точці перетину анодної та катодної ліній Тафеля. За законом Фарадея: CR = (i_corr × M)/(n × F × ρ), де M — молярна маса, n — кількість електронів, F — стала Фарадея, ρ — густина.

Що таке обмінна густина струму?

Обмінна густина струму (i0) — швидкість анодної та катодної реакцій при рівновазі (нульовий сумарний струм). Вища i0 означає швидшу електродну кінетику. Вона з'являється при рівноважному потенціалі кожної напівреакції.

Що таке лінійний опір поляризації?

Поблизу E_corr струм лінійно змінюється з потенціалом. Рівняння Стерна-Гірі пов'язує опір поляризації Rp зі струмом корозії: i_corr = B/Rp, де B = (βa·βc)/(2.303·(βa+βc)).

Чому нахили Тафеля різні в різних системах?

Нахили Тафеля відображають механізм реакції. Для простого одноелектронного переносу βa = RT/(αaF) ≈ 60 мВ/декаду при 25°C з α=0.5. Багатостадійні реакції, адсорбція та температура впливають на спостережуваний нахил.

Що таке пасивація при корозії?

Пасивація відбувається, коли оксидна плівка утворюється на поверхні металу при високих анодних потенціалах, різко зменшуючи струм корозії. Анодна крива показує пік (активний пік), після якого — пасивна область з низьким постійним струмом.

Як pH впливає на потенціал корозії?

pH впливає на рівноважні потенціали обох напівреакцій через рівняння Нернста. Для виділення водню: E = E0 − 0.0592·pH при 25°C. Вищий pH зазвичай зсуває катодну криву до більш від'ємних потенціалів.

Що таке гальванічна корозія?

Гальванічна корозія виникає, коли два різних метали електрично з'єднані в електроліті. Менш шляхетний метал (анод) кородує переважно. Змішаний потенціал системи лежить між індивідуальними потенціалами корозії кожного металу.

Про цю симуляцію

Симулятор будує живу діаграму Еванса для чотирьох реальних металів (Fe, Zn, Cu, Al): анодна та катодна лінії Тафеля наносяться в логарифмічній шкалі струму, а точка їхнього перетину обчислюється чисельно. Потягніть повзунки обмінного струму i₀, нахилів βa/βc або рівноважного потенціалу E_eq — і побачите, як миттєво зміщуються E_corr та i_corr, а нижче — розрахована швидкість корозії заліза (мм/рік) за законом Фарадея.

🔬 Що показано

Діаграма Еванса: червона лінія анодного розчинення та синя лінія катодного відновлення — обидві прямі відрізки Тафеля в координатах log(i) від E. У точці їх перетину — потенціал корозії (E_corr) та густина струму корозії (i_corr), позначені пунктирним перехрестям.

🎮 Як користуватись

Рухайте повзунки i₀, βa, βc та E_eq, щоб побачити, як лінії обертаються і зсуваються, або оберіть готовий метал (Fe, Zn, Cu, Al), щоб миттєво завантажити реалістичні довідникові значення. Натисніть «Перерахувати» або клавішу R, щоб перемалювати графік — панель статистики одразу оновить E_corr, i_corr та розраховану швидкість корозії.

💡 Чи знали ви?

Значно вищий обмінний струм цинку та його набагато від'ємніший рівноважний потенціал — саме тому цинком гальванічно захищають сталь: він охоче кородує першим, жертвуючи собою, щоб залізо лишалося цілим.

Часті запитання

Що саме означає точка перетину ліній на графіку?

Точка, де перетинаються анодна та катодна лінії Тафеля — це змішаний потенціал металу, що кородує, E_corr, і відповідна йому густина струму i_corr. Оскільки обидві криві мають нести рівний за модулем протилежний заряд у стаціонарному стані, це єдина самоузгоджена робоча точка електрода, а i_corr — саме те, що спричиняє реальну втрату металу.

Чому вибір іншого металу зсуває одразу обидві лінії?

Кожен пресет металу завантажує узгоджений набір значень i0, βa, βc та E_eq, взятих із реальних електрохімічних даних (наприклад, для заліза i0=10 мкА/см², E_eq=-500 мВ, а для цинку i0=50, E_eq=-760 мВ). Оскільки катодний рівноважний потенціал у цій моделі зміщено відносно анодного, зміна металу перебудовує всю діаграму, а не лише одну лінію.

Як насправді розраховується швидкість корозії в мм/рік?

Симулятор застосовує закон Фарадея, використовуючи молярну масу заліза (56 г/моль), 2 електрони на атом Fe, сталу Фарадея (96485 Кл/моль) та густину заліза (7.87 г/см³), перетворюючи i_corr на лінійну швидкість проникнення. Це спрощений перерахунок лише для заліза, тож сприймайте його як ілюстрацію, а не сертифіковану інженерну оцінку.

Що саме контролюють повзунки нахилів Тафеля?

βa та βc задають, наскільки круто піднімається чи спадає анодна й катодна лінія на кожну декаду струму, у мВ/декаду. Пологий нахил означає, що швидкість реакції дуже чутлива до зміни потенціалу, а крутий — що струм майже не реагує на перенапругу; обидві форми випливають безпосередньо з рівняння Батлера-Фольмера в наближенні області Тафеля.

Чому обмінна густина струму i0 позначена окремою міткою на графіку?

i0 показує, де кожна лінія Тафеля перебувала б за нульової перенапруги — тобто природну рівноважну швидкість цієї напівреакції до появи будь-якого сумарного струму корозії. Фіолетові точки на анодному та катодному рівноважних потенціалах наочно показують, наскільки реальна точка корозії (E_corr, i_corr) зміщена від рівноваги.