عوامل موثر بر رسانش الکتروليتي

رسانش الکتروليتي به تحرک يونها مربوط مي‌شود و هر چند که اين يونها را از حرکت باز دارد، موجب ايجاد مقاومت در برابر جريان مي‌شود. عواملي که بر رسانش الکتروليتي محلولهاي الکتروليت اثر دارند، عبارتند از : جاذبه بين يوني ، حلال پوشي يونها و گرانروي حلال. انرژي جنبشي متوسط يونهاي ماده حل شده با افزايش دما زياد مي‌شود و بنابراين مقاومت رساناهاي الکتروليتي ، بطور کلي با افزايش دما کاهش مي‌يابد. يعني رسانايي زياد مي‌شود. به‌علاوه ، اثر هر يک از سه عامل مذکور با زياد شدن دما کم مي‌شود.

الکتروليز (برقکافت)

الکتروليز يا برقکافت سديم کلريد مذاب ، يک منبع صنعتي تهيه فلز سديم و گاز کلر است. روشهاي مشابهي براي تهيه ديگر فلزات فعال ، مانند پتاسيم و کلسيم بکار مي‌روند. اما چنانکه بعضي از محلولهاي آبي را برقکافت کنيم، آب به جاي يونهاي حاصل از ماده حل شده در واکنشهاي الکترودي دخالت مي‌کند. از اينرو ، يونهاي حامل جريان لزوما بار خود را در الکترودها خالي نمي‌کنند. مثلا در برقکافت محلول آبي سديم سولفات ، يونهاي سديم به طرف کاتد و يونهاي سولفات به طرف آند حرکت مي‌کنند، اما بار اين هر دو يون با اشکال تخليه مي‌شود.
بدين معني که وقتي عمل برقکافت بين دو الکترود بي‌اثر در جريان است، در کاتد ، گاز هيدروژن بوجود مي‌آيد و محلول پيرامون الکترود ، قليايي مي‌شود:
(2H2O + 2e ? 2OH- + H2(g
يعني در کاتد ، کاهش صورت مي‌گيرد، ولي به جاي کاهش سديم ، آب کاهيده مي‌شود. بطور کلي ، هرگاه کاهش کاتيون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت مي‌گيرد. اکسايش در آند صورت مي‌گيرد و در برقکافت محلول آبي Na2SO4 ، آنيونها (2-SO4) که به طرف آند مهاجرت مي‌کنند، به‌سختي اکسيد مي‌شوند:
2SO42- ? S2O42- + 2e
بنابراين ترجيهاً اکسايش آب صورت مي‌گيرد:
2H2O ? O2(g) + 4H+ + 4e
يعني در آند ، توليد گاز اکسيژن مشاهده مي‌شود و محلول پيرامون اين قطب ، اسيدي مي‌شود. بطور کلي هرگاه اکسايش آنيون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسيد مي‌شود. در الکتروليز محلول آبي NaCl ، در آند ، يونهاي -Cl اکسيد مي‌شوند و گاز Cl2 آزاد مي‌کنند و در کاتد ، احياي آب صورت مي‌گيرد. اين فرآيند ، منبع صنعتي براي گاز هيدروژن ، گاز کلر و سديم هيدروکسيد است:
2H2O + 2Na+ + 2Cl- ? H2(g) + 2OH- + 2Na+ + Cl2

سلول هاي ولتايي

سلولي که به‌عنوان منبع انرژي الکتريکي بکار مي‌رود، يک سلول ولتايي يا يک سلول گالواني ناميده مي‌شود که از نام "آلساندرو ولتا" (1800) و "لوئيجي گالواني" (1780) ، نخستين کساني که تبديل انرژي شيميايي به انرژي الکتريکي را مورد آزمايش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بين فلز روي و يونهاي مس II در يک محلول ، نمايانگر تغييري خود به خود است که در جريان آن ، الکترون منتقل مي‌شود.
(Zn(s) + Cu2+(aq) ? Zn2+(aq) + Cu(s
مکانيسم دقيقي که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گيرد، شناخته نشده است. ولي مي‌دانيم که در آند ، فلز روي اکسيد مي‌شود و در کاتد ، يونهاي Cu+2 احيا مي شود و به ترتيب يونهاي Zn+2 و فلز Cu حاصل مي‌شود و الکترونها از الکترود روي به الکترود مس که با يک سيم به هم متصل شده‌اند، جاري مي‌شوند، يعني از آند به کاتد.
Zn(s) ? Zn2+(aq) + 2e
(Cu2+(aq)+2e ? Cu(s
نيم سلول سمت چپ يا آند ، شامل الکترودي از فلز روي و محلول ZnSO4 و نيم سلول سمت راست يا کاتد ، شامل الکترودي از فلز مس در يک محلول CuSO4 است. اين دو نيم سلول ، توسط يک ديواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. اين ديواره از اختلال مکانيکي محلولها ممانعت مي‌کند، ولي يونها تحت تاثير جريان الکتريسيته از آن عبور مي‌کنند. اين نوع سلول الکتريکي ، سلول دانيل ناميده مي‌شود.

نيروي محرکه الکتريکي

اگر در يک سلول دانيل ، محلولهاي 1M از ZnSO4 و 1M از CuSO4 بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاري زير نشان مي‌دهيم:
(Zn(s) ? Zn2+(1M) ? Cu2+(1M) ? Cu(s
که در آن خطوط کوتاه عمودي ، حدود فازها را نشان مي‌دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکيل دهنده آند را اول و ماده تشکيل دهنده کاتد را در آخر مي‌نويسيم و مواد ديگر را به ترتيبي که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد مي‌کنيم، ميان آنها قرار مي‌دهيم. جريان الکتريکي توليد شده در يک سلول ولتايي ، نتيجه نيروي محرکه الکتريکي (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گيري مي‌شود.
هر چه تمايل وقوع واکنش سلول بيشتر باشد، نيوري محرکه الکتريکي آن بيشتر خواهد بود. اما emf يک سلول معين به دما و غلظت موادي که در آن بکار رفته است، بستگي دارد. emf استاندارد، ?? ، مربوط به نيروي محرکه سلولي است که در آن تمام واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش در حالت استاندارد خود باشند. مقادير ?? معمولا براي اندازه گيري‌هايي که در ?25C به عمل آمده است، معين شده است.

الکتروشيمي تعادل

همانطور که انتظار داريم، تغييرات آنتروپي يونها با توانايي يونها در مرتب نمودن مولکولهاي آب مجاور خود در محلول مرتبط است. يونهاي کوچک با بار زياد موجب القاء ساختار موضعي در آب مجاور مي‌شوند و آنتروپي محلول در مقايسه با يونهاي بزرگ و بار کم کاهش بيشتري مي‌يابد. مقدار مطلق ، آنتروپي مولي جزئي قانون سوم پروتون در آب با پيشنهاد مدلي براي ساختار القاء شده توسط آن حدس زده شده و ومقدار مورد توافق است. مقدار منفي آب بدين معني است که پروتون در حلال ايجاد نظم مي نمايد.

قانون حد دباي - هوکل (DEBYE - HUCKEL THEORY)

برد بلند و قدرت اثرات متقابل کولمبي بين يونها عامل اصلي دور شدن از حالت ايده‌آل در محلولهاي يوني بوده و از تمام عوامل ديگر دخيل در غير ايده آل مهمتر است. اين نکته ، اساس نظريه دباي - هوکل در مورد يوني است که توسط پتردباي و اريک هوکل در 1923 ارئه گرديد. چون يونها با بارهاي مخالف همديگر را جذب مي‌کنند، کاتيونها و آنيونها بطور يکنواخت در محلول توزيع نمي‌شود: بلکه آنيونها بيشتر در نزديکي کاتيونها يافت مي‌شوند و بالعکس. کل محلول از نظر الکتريکي خنثي است، اما در نزديکي هر يون معين يونهاي مخالف اضافي ، يونهايي با بار مخالف وجود دارد.
در هر محدوده زماني بطور متوسط يونهاي مخالف بيشتر از يونهاي همنوع از کنار يک يون و در تمام جهات مي‌گذرد. اين گردمه (Hazi) کروي حول يک يون داراي باري مساوي ولي با علامت مخالف بار يون مرکزي بوده و جويوني ناميده مي‌شود. انرژي و در نتيجه پتانسيل شيميايي هر يون مرکزي در نتيجه اثر متقابل کولني با جو يوني‌اش کاهش مي‌يابد. اين کاهش انرژي به صورت اختلاف بين تابع گيبس G و مقدار ايده آل آن ْG ظاهر مي‌گردد و با مشخص مي‌شود.
اين مدل ، منجر به اين نتيجه مي‌گردد که غلظتهاي بسيار کم ضريب فعاليت با استفاده از قانونه حد دباي - هوکل محاسبه مي‌گردد.

که در آن Cْ 25 براي يک محلول آبي مي‌باشد. (بطور کلي A به نفوذ پذيري نسبي و دما بستگي دارد) و I قدرت يوني محلول است.

پيل هاي الکتروشيميايي

اکنون با اندازه گيريهاي الکتريکي به بررسي واکنشها در محلول مي‌پردازيم. دستگاه عمده براي اين منظور پيل الکتروشيميايي است. اين پيل از دو الکترود تشکيل شده است، که عبارت است از هدايت کننده‌هاي فلزي که داخل الکتروليت قرار دارد. يک الکتروليت ، هدايت کننده يوني است (که مي‌تواند محلول ، مايع يا جامد باشد). يک الکترود و الکتروليت آن يک بخش الکترودي را تشکيل مي‌دهد. دو الکترود ممکن است در يک بخش باشد. چنانچه الکتروليتها مختلف باشد، دو بخش ممکن است در يک بخش باشد.
چنانچه الکتروليتها مختلف باشد، دو بخش ممکن است توسط يک پل نمکي بهم متصل گردد. پل نمکي ، محلول الکتروليتي است که مدار الکتريکي را کامل نموده و پيل را قادر مي‌سازد که کار کند. يک پيل الکتروشيميايي که براثر انجام واکنش خودبخودي داخل آن توليد الکتريسيته نمايد، پيل گالوانيک ناميده مي‌شود. يک پيل الکتروشيميايي که از الکتريسيته يک منبع خارجي براي انجام واکنش غير خودبخودي در داخل آن استفاده شود، پيل الکتروليتي ناميده مي‌شود.

انواع پيل ها

در ساده‌ترين نوع پيل هر دو الکترود در يک الکتروليت قرار مي‌گيرند. در بعضي موارد لازم است که الکترودها در الکتروليتهاي مختلف قرار گيرد، مانند پيل دانيل که يک جفت اکسايشي - کاهشي و ديگري مي‌باشد. در يک پيل غلظتي الکتروليت دو قسمت الکترودي پيل از کليه جهات بجز غلظت الکتروليتها کاملا يکسان است. در پيل غلظتي الکترود ، غلظت الکترودها متفاوت است، يا الکترودهاي گازي مي‌باشد که با فشارهاي مختلف کار مي‌کند و يا اين که از ملغمه‌هايي (محلول در جيوه) با غلظتهاي مختلف ساخته شده است.

تصوير : پيل الکتروشيميايي

الکترود

درسنجشهاي الکتروشيميايي ، الکترود يکي از مهمترين اجزاي يک سلول الکتروشيمايي است. الکترود ، تيغه‌اي فلزي است که با الکتروليت در تماس بوده و باعث انتقال الکترون از مواد داخل سلول ( مواد عمل کننده ، يونيزه کننده و … ) به مدار خارجي و يا از مدار خارجي به مواد مي‌شود. هر سلول الکتروشيميايي داراي دو الکترود است.
واکنشهاي اکسايشي و کاهشي در سطح الکترودها صورت مي‌گيرد. الکترودي که در آن ، عمل اکسايش صورت مي‌گيرد، کاتد نام دارد. الکترودها را بوسيله رابطهاي فلزي که عبور جريان الکتريکي را بين آنها ممکن مي‌کنند، به هم وصل مي‌کنند. وقتي الکتروليتهاي ناحيه کاتدي و آندي از لحاظ نوع و يا غلظت ، تفاوت داشته باشند، بايد آنها را بوسيله رابطي از الکتروليتها به يکديگر مربوط کرد تا هم جريان کامل شود و هم از اختلاط الکتروليتها جلوگيري شود.
معمولا پلهاي نمکي براي اين کار استفاده مي‌شوند.

معرفي الکترود بوسيله علائم شيميايي

براي معرفي الکترود بوسيله علائم شيميايي ، علامت مواد سازنده آن‌را در يک خط پهلويي هم مي‌نويسند. در اين حالت بين الکتروليت و بقيه اجزا ، خط عمودي قرار مي‌دهند. اين خط ، نشانگر آن است که پتانسيلي بين دو قسمت برقرار مي‌شود. اگر هر يک از دو بخش ، شامل چند فلز باشد، بين فازها ، کاما(،) قرار مي‌دهند. براي حالت فيزيکي فازها علائم S براي جامد ، L براي مايع و g را براي گاز استفاده مي‌کنند.
براي معرفي سلول الکتروشيميايي ، علامت الکترودها را طوري پهلوي هم مي‌نويسند که فرمول الکتروليتها ، کنار هم قرار گيرند و بين الکتروليتها دو خط عمودي مي‌گذارند که طبق قرارداد ، آند در سمت چپ نوشته مي‌شود. بعنوان مثال معرفي يک سلول به شکل زير نشان مي دهد که

• Zn: الکترود آندي در داخل محلول الکتروليت با غلظت y مولار قرار گرفته است.
• Cu: الکترود کاتدي در داخل محلول الکتروليت با غلظت X مولار قرار گرفته است.اين دو با هم يک سلول الکتروشيميايي را تشکيل مي‌دهند.

پتانسيل مطلق الکترود

وقتي دو فاز مختلف در کنار هم قرار گيرند، امکان برقراري پتانسيلي بين آنها وجود دارد. مثل وقتي که يک تيغه فلزي در داخل حلال ايده آل و يا محلول يونهاي مربوطه‌اش قرارگيرد. بنابراين تبادلي بين يونهاي فلز تيغه و يون فلز محلول برقرار مي‌گردد و در نهايت انتقال به تعادل منجر مي‌شود. اگر يونها از تيغه به محلول انتقال يابند، الکترونها در روي تيغه الکترود مي‌مانند و بعد از زياد شدن يون در حلال ، يونها به سطح تيغه بر مي‌گردند و عمل به تعادل مي‌رسد.
تيغه ، داراي بار منفي و محلول ، داراي بار مثبت مي‌شود و اختلاف پتانسيلي بين تيغه و محلول پديد مي‌آيد که آنرا پتانسيل مطلق الکترودي مي‌نامند. در اين فرايند ، مولکولهاي حلال و ميل قدرت نشر يونهاي فلز به محيط ، موثر است.

پتانسيل قراردادي الکترود

تصوير : نوعي الکترود شاهد ، الکترود کالومل
نيروي الکتروموتوري هر سلول برابر با اختلاف پتانسيل بين دو سر الکترودهاي آن ، موقعي است که جرياني از مولد عبور نکند. اين کميت را به سهولت مي‌توان با پتانسيومتر اندازه‌گيري کرد، ولي هيچگونه روش نظري يا عملي براي تعيين اختلاف بين دو الکترود - الکتروليت وجود ندارد و در نتيجه سهم پتانسيل هر يک از الکترودها در نيروي الکتروموتوري سلول نامعلوم است.
در عمل براي اينکه بتوانند براي پتانسيل يک الکترود مقدار قابل بياني داشته باشند، نيروي الکتروموتوري سلولي که از آن الکترودها و الکترود ديگري که با آن سلول بدون مايع تماسي تشکيل مي‌دهد را اندازه مي‌گيرند. الکترود دومي ، الکترود شاهد است و پتانسيل مشخص دارد و در نتيجه پتانسيل الکترود مورد نظر با محاسبه تعيين مي‌شود.

الکترود شاهد

مبناي سنجش و تعيين پتانسيل الکترودها ، پتانسيل صفر ، پتانسيل الکترود استاندارد هيدروژن است. علاوه بر الکترود استاندارد هيدروژن ، الکترودهاي ديگر هم بعنوان شاهد انتخاب مي‌شوند که پتانسيل اين الکترودها نسبت به پتانسيل الکترود استاندارد هيدروژن به سهولت تعيين مي‌شود. الکترودهاي کالومل ، نقره - نقره کلريد و کين هيدروژن از اين نوع هستند.

کاربرد الکترودها

الکترودها معمولا براي سنجش يک پارامتر مثل PH متري ، پتانسيومتري ، اندازه‌گيري غلظت يک يون يا مولکول و … در شيمي تجزيه استفاده مي‌شود و با توجه به پارامتر اندازه‌گيري الکترود مناسب استفاده مي‌شود. الکترودها در انواع فلزي ، غيرفلزي ، شيشه‌اي ، بلوري و … به بازار عرضه مي‌شوند و هر کدام کاربرد مخصوص خود را دارند.
خوردگي فلزات و حفاظت کاتدي
خوردگي فلزات
خوردگي ، ( Corrosion ) ، اثر تخريبي محيط برفلزات و الياژها مي‌‌باشد. خوردگي ، پديده‌اي خودبه‌خودي است و همه مردم در زندگي روزمره خود ، از بدو پيدايش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پديده خودبه‌خودي ، فلز از درجه اکسيداسيون صفر تبديل به گونه‌اي با درجه ‌اکسيداسيون بالا مي‌‌شود.
M ------> M+n + ne
در واقع واکنش اصلي در انهدام فلزات ، عبارت از اکسيداسيون فلز است.

تخريب فلزات با عوامل غير خوردگي

فلزات در اثر اصطکاک ، سايش و نيروهاي وارده دچار تخريب مي‌‌شوند که تحت عنوان خوردگي مورد نظر ما نيست.

فرايند خودبه‌خودي و فرايند غيرخودبه‌خودي

خوردگي يک فرايند خودبخودي است، يعني به زبان ترموديناميکي در جهتي پيش مي‌‌رود که به حالت پايدار برسد. البته M+n مي‌‌تواند به حالتهاي مختلف گونه‌هاي فلزي با اجزاي مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهيم، زنگ مي‌‌زند که يک نوع خوردگي و پديده‌اي خودبه‌خودي است. انواع مواد هيدروکسيدي و اکسيدي نيز مي‌‌توانند محصولات جامد خوردگي باشند که همگي گونه فلزي هستند. پس در اثر خوردگي فلزات در يک محيط که پديده‌اي خودبه‌خودي است، اشکال مختلف آن ظاهر مي‌‌شود.
بندرت مي‌‌توان فلز را بصورت فلزي و عنصري در محيط پيدا کرد و اغلب بصورت ترکيب در کانيهاو بصورت کلريدها و سولفيدها و غيره يافت مي‌‌شوند و ما آنها را بازيابي مي‌‌کنيم. به عبارت ديگر ، با استفاده ‌از روشهاي مختلف ، فلزات را از آن ترکيبات خارج مي‌‌کنند. يکي از اين روشها ، روش احياي فلزات است. بعنوان مثال ، براي بازيابي مس از ترکيبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکيبات آن خارج مي‌‌کنيم يا اينکه آلومينيوم موجود در طبيعت را با روشهاي شيميايي تبديل به ‌اکسيد آلومينيوم مي‌‌کنند و سپس با روشهاي الکتروليز مي‌‌توانند آن را احيا کنند.
براي تمام اين روشها ، نياز به صرف انرژي است که يک روش و فرايند غيرخودبه‌خودي است و يک فرايند غيرخودبه‌خودي هزينه و مواد ويژه‌اي نياز دارد. از طرف ديگر ، هر فرايند غير خودبه‌خودي درصدد است که به حالت اوليه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اوليه يک مسير خودبه‌خودي است. پس فلزات استخراج شده ميل دارند به ذات اصلي خود باز گردند.
در جامعه منابع فلزات محدود است و مسير برگشت طوري نيست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتي فلزي را در اسيد حل مي‌‌کنيم و يا در و پنجره دچار خوردگي مي‌‌شوند، ديگر قابل بازيابي نيستند. پس خوردگي يک پديده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

جنبه‌هاي اقتصادي فرايند خوردگي

برآوردي که در مورد ضررهاي خوردگي انجام گرفته، نشان مي‌‌دهد سالانه هزينه تحميل شده از سوي خوردگي ، بالغ بر 5 ميليارد دلار است. بيشترين ضررهاي خوردگي ، هزينه‌هايي است که براي جلوگيري از خوردگي تحميل مي‌‌شود.

پوششهاي رنگ ها و جلاها

ساده‌ترين راه مبارزه با خوردگي ، اعمال يک لايه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رويه ، مي‌‌توان ارتباط فلزات را با محيط تا اندازه‌اي قطع کرد و در نتيجه موجب محافظت تاسيسات فلزي شد. به روشهاي ساده‌اي مي‌‌توان رنگها را بروي فلزات ثابت کرد که مي‌‌توان روش پاششي را نام برد. به کمک روشهاي رنگ‌دهي ، مي‌‌توان ضخامت معيني از رنگها را روي تاسيسات فلزي قرار داد.
آخرين پديده در صنايع رنگسازي ساخت رنگهاي الکتروستاتيک است که به ميدان الکتريکي پاسخ مي‌‌دهند و به ‌اين ترتيب مي‌توان از پراکندگي و تلف شدن رنگ جلوگيري کرد.

پوشش هاي فسفاتي و کروماتي

اين پوششها که پوششهاي تبديلي ناميده مي‌‌شوند، پوششهايي هستند که ‌از خود فلز ايجاد مي‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهاي معيني مثل اسيد سولفوريک با مقدار معيني از نمکهاي فسفات ، قسمت سطحي قطعات فلزي را تبديل به فسفات يا کرومات آن فلز مي‌‌کنند و در نتيجه ، به سطح قطعه فلز چسبيده و بعنوان پوششهاي محافظ در محيط‌هاي خنثي مي‌‌توانند کارايي داشته باشند.
اين پوششها بيشتر به ‌اين دليل فراهم مي‌‌شوند که ‌از روي آنها بتوان پوششهاي رنگ را بر روي قطعات فلزي بکار برد. پس پوششهاي فسفاتي ، کروماتي ، بعنوان آستر نيز در قطعات صنعتي مي‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود اين پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر مي‌‌سازد. رنگ کم و بيش داراي تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمي‌‌تواند از خوردگي جلوگيري کند.

پوشش هاي اکسيد فلزات

اکسيد برخي فلزات بر روي خود فلزات ، از خوردگي جلوگيري مي‌‌کند. بعنوان مثال ، مي‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لايه‌اي از اکسيد آلومينيوم بر روي آلومينيوم نشاند. اکسيد آلومينيوم رنگ خوبي دارد و اکسيد آن به سطح فلز مي‌‌چسبد و باعث مي‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبي در مقابل خوردگي داشته باشد. همچنين اکسيد آلومينيوم رنگ‌پذير است و مي‌‌توان با الکتروليز و غوطه‌وري ، آن را رنگ کرد. اکسيد آلومينيوم داراي تخلخل و حفره‌هاي شش وجهي است که با الکتروليز ، رنگ در اين حفره‌ها قرار مي‌‌گيرد.
همچنين با پديده ‌الکتروليز ،آهن را به اکسيد آهن سياه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبديل مي‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگي است که به آن "سياه‌کاري آهن يا فولاد" مي‌‌گويند که در قطعات يدکي ماشين ديده مي‌‌شود.

پوششهاي گالوانيزه

گالوانيزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روي است. گالوانيزه ، بطرق مختلف انجام مي‌‌گيرد که يکي از اين طرق ، آبکاري با برق است. در آبکاري با برق ، قطعه‌اي که مي‌‌خواهيم گالوانيزه کنيم،کاتد الکتروليز را تشکيل مي‌‌دهد و فلز روي در آند قرار مي‌‌گيرد. يکي ديگر از روشهاي گالوانيزه ، استفاده ‌از فلز مذاب يا روي مذاب است. روي داراي نقطه ذوب پاييني است.
در گالوانيزه با روي مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار مي‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازي فلز در روي مذاب ، لايه‌اي از روي در سطح فلز تشکيل مي‌‌شود که به ‌اين پديده ، غوطه‌وري داغ (Hot dip galvanizing) مي‌گويند. لوله‌هاي گالوانيزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشي منازل و آبرساني و ... مورد استفاده قرار مي‌‌گيرند.

پوششهاي قلع

قلع از فلزاتي است که ذاتا براحتي اکسيد مي‌‌شود و از طريق ايجاد اکسيد در مقابل اتمسفر مقاوم مي‌‌شود و در محيطهاي بسيار خورنده مثل اسيدها و نمکها و ... بخوبي پايداري مي‌‌کند. به همين دليل در موارد حساس که خوردگي قابل کنترل نيست، از قطعات قلع يا پوششهاي قلع استفاده مي‌‌شود. مصرف زياد اين نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازي مي‌‌باشد که بر روي ظروف آهني اين پوششها را قرار مي‌‌دهند.

پوششهاي کادميم

اين پوششها بر روي فولاد از طريق آبگيري انجام مي‌‌گيرد. معمولا پيچ و مهره‌هاي فولادي با اين فلز ، روکش داده مي‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن

اين نوع فولاد ، جزو فلزات بسيار مقاوم در برابر خوردگي است و در صنايع شير آلات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين نوع فولاد ، آلياژ فولاد با کروم مي‌‌باشد و گاهي نيکل نيز به ‌اين آلياژ اضافه مي‌‌شود.

1-حفاظت كاتدي خطوط لوله

اصول خوردگي براساس خواص فعل و انفعالات الكتروشيميايي است كه در آند توليد الكترون و در كاتد مصرف الكترون صورت مي پذيرد . واكنش هاي الكترو شيميايي انحلال فلز و آزاد شدن گاز هيدروژن ، بر طبق معادلات زير است :
M ? Mn+ + ne
2H + +2e ? H2
در پروسه خوردگي لوله مدفون درخاك ، نقاط آندي و كاتدي در هر حال موجود هستند و با انتقال جريان الكتريسيته از نواحي آندي از فلز به محيط اطراف خوردگي رخ مي دهد و در نقاط كاتدي كه جريان از محل اطراف به فلز مي رسد خوردگي صورت نمي گيرد . به همين دليل فلز را مي توان به طور جزئي بوسيله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمي بودند و هنگام نصب و يا كار آسيب نمي ديدند لوله هاي فلزي هرگز خورده نمي شدند . پيدايش عيوب در لايه هاي محافظ يا وجود سوراخ ها، حتي اگر اتفاقي باشد ما را ملزم مي كند كه حفاظت نوع دومي را هم براي فلزات مدفون در خاك بكار بريم . روش عمومي استفاده از حفاظت كاتدي است.
در اين روش با وارد شدن يك پتانسيل كاتدي ، قطعه مهندسي به يك كاتد ( قطب منفي) تبديل مي گردد؛ در حقيقت جريان از طرف محيط به تمام سطح لوله مي رسد پس در حقيقت ديگر خوردگي نخواهيم داشت و لوله محافظت مي گردد.
حفاظت كاتدي را ميتوان به تنهايي هم بكار برد ولي به مقدار جريان زيادي نياز است. بنابراين بهترين روش آن است كه از يك لايه محافظ مناسب استفاده كرد و بعدا بوسيله حفاظت كاتدي آنرا تقويت نمود.
حفاظت كاتدي خطوط لوله ?
همانگونه كه در ابتدا مطرح شد اصول خوردگي براساس خواص فعل و انفعالات الكتروشيميايي است كه در آند توليد الكترون و در كاتد مصرف الكترون صورت مي پذيرد . واكنش هاي الكترو شيميايي انحلال فلز و آزاد شدن گاز هيدروژن ، بر طبق معادلات زير است :
M ? Mn+ + ne
2H + +2e ? H2
در پروسه خوردگي لوله مدفون درخاك ، نقاط آندي و كاتدي در هر حال موجود هستند و با انتقال جريان الكتريسيته از نواحي آندي از فلز به محيط اطراف خوردگي رخ مي دهد و در نقاط كاتدي كه جريان از محل اطراف به فلز مي رسد خوردگي صورت نمي گيرد . به همين دليل فلز را مي توان به طور جزئي بوسيله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمي بودند و هنگام نصب و يا كار آسيب نمي ديدند لوله هاي فلزي هرگز خورده نمي شدند . پيدايش عيوب در لايه هاي محافظ يا وجود سوراخ ها، حتي اگر اتفاقي باشد ما را ملزم مي كند كه حفاظت نوع دومي را هم براي فلزات مدفون در خاك بكار بريم . روش عمومي استفاده از حفاظت كاتدي است.
در اين روش با وارد شدن يك پتانسيل كاتدي ، قطعه مهندسي به يك كاتد ( قطب منفي) تبديل مي گردد؛ در حقيقت جريان از طرف محيط به تمام سطح لوله مي رسد پس در حقيقت ديگر خوردگي نخواهيم داشت و لوله محافظت مي گردد.
حفاظت كاتدي را ميتوان به تنهايي هم بكار برد ولي به مقدار جريان زيادي نياز است. بنابراين بهترين روش آن است كه از يك لايه محافظ مناسب استفاده كرد و بعدا بوسيله حفاظت كاتدي آنرا تقويت نمود.
حفاظت كاتدي به دو شيوه اعمال مي گردد:
1- جريان اعمالي Impressed current
2- آند فدا شونده sacrificial anode
حفاظت کاتدي بوسيله جريان اعمالي:
حفاظت از اين طريق در حقيقت ساخت و کنترل يک سلول خوردگي بزرگ است . در اين سلول پايانه منفي جريان مستقيم به خط لوله و پايانه مثبت به يک رساناي مصرف شدني دفن شده وصل مي شود و اين رسانا آند ناميده مي شود. جريان مستقيم معمولا از طريق يک يکسو کننده به لوله وارد مي گردد و در حقيقت يک مدار الکتريکي بوسيله عبور جريان توسط خاک از آند به خط لوله به وجود مي آيد. ( شكل 1)
در حقيقت سرمايه گذاري براي تاسيسات حفاظت کاتدي ، بخش کوچکي از هزينه کل تجهيزات است برخلاف حفاظت بوسيله پوشش ها ، تداوم هزينه ها براي تجهزات و کنترل وجود دارد ؛ در حقيقت اين بحث شامل اندازه گيري و برآورد تجهيزات ، طراحي و نصب آنها ، اندازه گيري و تفسير نتايج بدست آمده و سپس تعمير و نگه داري است.
شكل 1 - نمايي شماتيك از سيستم حفاظت كاتدي

فاکتو رهاي مورد نظر جهت طراحي سيستم حفاظت کاتدي:

عواملي که بايد مد نظر قرار گيرند عبارت اند از:
1- اندازه پتانسيل : که با توجه و با استفاده از دياگرام ايوانز آن چنان اختيار مي شود که فلزات متفاوت در ناحيه کاتدي حفاظت مي گردند. ( شكل 2)
2- جريان مدار: شدت جريان ( آمپر) مورد نياز جهت رسيدن به پتانسيل حفاظت کننده مي بايستي محاسبه شود.
3- فاصله بسترهاي آندي : هر قدر که فاصله آندها از قطعه بيشتر باشد جريان بيشتري در مدار مي بايست تزريق گردد تا حفاظت کامل تري صورت پذيرد.
نزديکي بيش از حد آند به قطعه از رسيدن جريان به تمامي سطح ( بخصوص طرف پشت قطعه ) جلوگيري خواهد نمود.
4-احتمال بکار گرفته شدن پوشش هاي حفاظتي و تاثير آنها بر طراحي سيستم حفاظت کاتدي
5- اندازه هاي قطعه مهندسي ، طول قطر، طول يا عرض جهت محاسبه سطح و در نتيجه اندازه مقاومت الکتريکي آن
6- نوع و جنس خاک ، به لحاظ خواص شيميايي و تعيين مقاومت آن اهميت خاص دارند.
7- احتمال وجود جريان هاي ناخواسته ( سرگردان) جريان هاي القائي که بنا بر عبور برق فشار قوي از نزديکي قطعه مهندسي و يا وجود ترانس ها و ديگر دستگاه ها ايجاد مي گردد.
شكل 2- دياگرام ايوانز

ادامه دارد .....
/س