Металларда газ коррозияси

2.3. Металлар коррозияси жараёнлари термодинамикасининг асослари
Коррозия жараёнларида борувчи кўпгина реакциялар қайтувчи ҳисобланади. Термодинамика қонунлари у ёки бу шароитда қайси бирикма ҳосил бўлиш эҳтимоллигини аниқлаш имконини беради.
Газ коррозиясидан металларни ҳимоялаш методларидан бири – ҳимоя муҳитини яратиш мувозанатни мақсадли силжитишга асосланган.
Термодинамикада модданинг ҳолатини аниқлаш учун ички энергия (U),
энталпия (Н), энтропия (S), изобар-изотермик потенциал (G), кимёвий потенциал (μ) каби тушунчалардан фойдаланилади.
Жараёнда ички энергиянинг ўзгариши ажраладиган иссиқлик миқдори (Q) ва система томонидан бажариладиган иш (А) билан боғлиқ:
∆U = Q — A. (2.2)
Ўзгармас ҳажмли системада кечаётган кимёвий рекакция ҳолида ички энергиянинг ўзгариши тескари ишора билан олинган реакция иссиқлик эффектига тенг.
Ўзгармас босимдаги модда энергияси энталпия (Н) билан характерланади. Энталпия ички энергиядан система ўзгармас босимда бажарадиган иш миқдорида катта бўлади:
H = U + PV (2.3)
Ўзгармас босимда, жараён боришида фақат кенгайиш иши бажарилади десак,
A = P ∆V (2.4) ёки ∆H = ∆U + P ∆V (2.5)
(2.2) ва (2.3) тенгламалардан:
∆H_Р = – Q, (2.6)
Бу ерда ∆H_Р — ўзгармас босимдаги энталпия.
Мувозанат нафақат молекулалар энергиясидаги фарқ билан, балки бошланғич моддалар ва реакция маҳсулотлари ҳолатининг эҳтимоллиги, шунингдек реакциянинг бориш имконияти билан боғлиқдир.
Ҳолатнинг эҳтимоллигини миқдоран аниқлаш имконини берадиган катталик энтропия дейилиб, унинг ўзгариши ∆S билан белгиланади. Энтропиянинг ўзгариши — Ж/(моль∙град.) ларда ўлчанади.
Ўзгармас босимда борувчи реакцияларда бир вақтнинг ўзида энталпия ҳам, энтропия ҳам ўзгариб, жараён реакциянинг умумий юритувчи кучи камаядиган йўналишда боради.
Юритувчи куч эркин энергия ёки изобар потенциал (∆G) дейилади. Халқаро келишувга асосан 1961 йилдан изобар потециал “эркин Гиббс энергияси” деб ҳам юритилади. Унинг ўлчов бирлиги — Ж/моль. Изобар потенциал модданинг хоссаси ҳисобланиб, бир вақтнинг ўзида ҳам унинг энталпиясини (энергиясини), ҳам унга хос бўлган энтропияни (тартибсизлик даражасини) ифодалайди. Юқоридаги катталикларни ўзаро боғловчи термодинамиканинг асосий тенгламаси қуйидаги кўринишда бўлади:
∆G = ∆H — T ∆S (2.7)
Изобар потенциал мувозанат доимийси билан қуйидаги тенглама орқали боғланган:
∆G = – RT lnK (2.8)
Мисол тариқасида металлнинг оксидланиш реакциясини кўрамиз:
Me + О₂ ↔ МеО₂
Кислородли газ атмосфераси учун изобар-изотермик потенциал тенгламаси қуйидаги кўринишда бўлади:
∆G = – RT lnK — RT lna_O2 (2.9)
Гиббс энергиясини мувозанат ҳолати катталиклари P`<sub>O2</sub> ва ва кислороднинг парциал босими P<sub>O2</sub> орқали ифодалаб қуйидаги тенгламани оламиз:
∆G = – RT ln — RT ln (2.10)
(2.10) тенглама орқали оксидланиш жараёниниг бориш имкониятини баҳолаш мумкин. Агарда Р<sub>О2</sub> ˃ Р`_О2 бўлса, оксидланиш жараёни амалга ошади, чунки ∆G < 0. Агарда Р_О2 < Р`_О2 бўлса, оксидланиш жараёни амалга ошмайди чунки бу ҳолатда ∆G > 0.
Бу принципдан металлургия соҳасида газ коррозиясининг олдини олиш мақсадларида фойдаланилади. Масалан, газ муҳитининг Р_О2 парциал босими-ни камайтириш орқали юқори ҳароратларда металл оксидланишининг олдини олишда бу тамойил қўл келади.