Ионно-электронный механизм окисления металлов

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 11Следующая ⇒

Скорость окисления металла определяется скоростью диффузии ионов металла и ионов кислорода. Диффузия катионов металла и анионов кислорода в слое образующегося на поверхности металла окисла может осуществляться либо движением ионов в междоузлиях пространственной кристаллической решетки окисла, либо движением ионов по вакансиям - незанятым узлам решетки.

Диффузия катионов сопровождается одновременным перемещением в том же направлении эквивалентного числа электронов. При этом поверхность металла является анодной и на ней протекает реакция ионизации атомов металла:

.

Образовавшиеся положительные ионы металла и освободившиеся электроны перемещаются в пленке раздельно (рис. 2.3).

С другой стороны, адсорбировавшиеся из газовой среды молекулы кислорода, диссоциируют на внешней поверхности оксида. Атомы кислорода, принимая электроны, движущиеся от поверхности металла, превращаются в ионы:

О₂ + 4 → 2O^2–,

которые диффундируют навстречу ионам металла. Результирующая реакция окисления металла описывается следующей схемой

Если контролирующим фактором процесса окисления является диффузия, то в этом случае достаточно быстро устанавливается термодинамическое равновесие между окислом и газообразным кислородом на поверхности раздела МеО/О₂ (рис.2.3, граница I) и между металлом и окислом на фазовой границе Ме/МеО (рис.2.3, граница II).

На границе МеО/О₂ парциальное давление О₂ равно давлению О₂ в газовой фазе, а на границе Ме/МеО оно равно равновесному давлению диссоциации окисла.

На границе Ме/МеО концентрация катионов максимальна и они диффундируют к границе МеО/О₂. На границе МеО/О₂ продиффундировавшие через слой окисла катионы реагируют с О₂. От границы МеО/О₂ к границе Ме/МеО проходит диффузия анионов кислорода O^2-. Электроны мигрируют от границs Ме/МеО к границе МеО/О₂. Таким образом, в оксидной пленке протекает встречная диффузия ионов металла и ионов кислорода.

Известно, что электроны перемешаются с большей скоростью, чем катионы и анионы, а коэффициенты диффузии ионов зависят от их размеров. Следовательно, скорость окисления металлов должна зависеть от электропроводности образующейся плёнки и размеров ионов металла.

Электропроводность оксидов и размеры атомов и ионов металла        и кислорода приведены в табл. 2.4 и 2.5.

Таблица 2.4

Удельная электропроводность некоторых оксидов

Таблица 2.5

Радиусы атомов и ионов некоторых металлов и кислорода

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности