Реакция Шикорра

гидроксид железа (II), Fe (OH) 2, начальный реагент Реакция Шикорра. Увеличенные кристаллы оксида железа (II, III) (Fe 3O4), конечного продукта реакции Шикорра вместе с водородом газообразным

Реакция Шикорра формально описывает превращение гидроксида железа (II) (Fe (OH) 2) в железо (II, III) оксид (Fe 3O4). Эта реакция превращения была впервые изучена. Общая реакция следующая:

$3\; Fe\; (OH)\; 2\; гидроксид\; железа\; fer\; Fe\; 3\; O\; 4\; магнетит\; +\; H\; 2\; водород\; +\; 2\; H\; 2\; O\; вода\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{\{\backslash \; underset\; \{ferrous\; \backslash \; hydroxide\}\; \{3Fe\; (\; OH)\; 2\}\}\; ->\{\backslash \; underset\; \{магнетит\}\; \{Fe3O4\}\}\; +\; \{\backslash \; underset\; \{водород\}\; \{H2\}\}\; +\; \{\backslash \; underset\; \{вода\}\; \{2H2O\}\}\}\}\}$

Он представляет особый интерес в контексте серпентинизации, формирования водород действием воды на обычный минерал.

• 1 Механизм реакции
• 2 Возникновения
• 3 Области применения
• 4 Выделение водорода
• 5 Водородное охрупчивание стали сплавы
• 6 См. также
• 7 Дополнительная литература
• 8 Ссылки
• 9 Внешние ссылки

Реакцию Шикорра можно рассматривать как два различных процесса:

• анаэробное окисление двух Fe (II) (Fe) в Fe (III) (Fe) протонами воды. восстановление двух протонов воды сопровождается образованием молекулярного водорода (H 2) и;
• потерей двух водных молекулы из гидроксидов железа (II) и железа (III), вызывающие его дегидратацию и образование термодинамически более стабильной фазы оксида железа (II, III).

Таким образом, глобальная реакция может разложиться наполовину окислительно-восстановительными реакциями следующим образом:

2 (Fe → Fe + e) ​​(окисление 2 ионов железа (II))

2 (H 2 O + e → ½ H 2 + OH) (восстановление 2 протонов воды)

с получением:

2 Fe + 2 H 2 O → 2 Fe + H 2 + 2 OH

Добавление в эту реакцию одного интактного иона железа (II) на каждые два окисленных иона железа (II) приводит к:

3 Fe + 2 H 2 O → Fe + 2 Fe + H 2 + 2 OH

Электронейтральность требует, чтобы катионы железа с обеих сторон уравнения уравновешивались 6 гидроксильными анионами (OH):

3 Fe + 6 OH + 2 H 2 O → Fe + 2 Fe + H 2 + 8 OH

3 Fe (OH) 2 + 2 H 2 O → Fe (OH) 2 + 2 Fe (OH) 3 + H 2

Для завершения основной реакции две сопутствующие реакции еще Следует принимать во внимание:

автопротолиз гидроксильных анионов; протонный обмен между двумя OH, как в классической кислотно-основной реакции :

OH + OH → O + H 2O

кислота 1 + основание 2 → основание 1 + кислота 2, или кроме того,

2 OH → O + H 2O

затем можно реорганизовать глобальную реакцию как:

3 Fe (OH) 2 + 2 H 2 O → (FeO + H 2 O) + (Fe 2O3+ 3 H 2 O) + H 2

3 Fe (OH) 2 + 2 H 2 O → FeO + Fe 2O3+ 4 H 2 O + H 2

3 Fe (OH) 2 → FeO + Fe 2O3+ 2 H 2 O + H 2

Рассматривая затем реакцию образования оксида железа (II, III) :

$Fe\; II\; O\; +\; Fe\; 2\; III\; O\; 3\; ⟶\; Fe\; 3\; O\; 4\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{Fe\; ^\; \{II\}\; O\; +\; Fe\; ^\; \{III\}\; 2O3\; ->Fe3O4\}\}\}$

можно написать сбалансированную глобальную реакцию:

3 Fe (OH) 2 → (FeO · Fe 2O3) + 2 H 2 O + H 2

в его окончательной форме, известной как реакция Шикорра:

3 Fe (OH) 2 → Fe 3O4+ 2 H 2 O + H 2

Реакция Шикорра может происходить в процессе анаэробной коррозии железа и углеродистая сталь в различных условиях.

Анаэробная коррозия металлического железа с образованием гидроксида железа (II) и водорода:

3 (Fe + 2 H 2 O → Fe (OH) 2 + H 2)

с последующей реакцией Шикорра:

3 Fe (OH) 2 → Fe 3O4+ 2 H 2 O + H 2

дает следующее общая реакция:

3 Fe + 6 H 2 O → Fe 3O4+ 2 H 2 O + 4 H 2

3 Fe + 4 H 2 O → Fe 3O4+ 4 H 2

При низкой температуре анаэробная коррозия железа может привести к образованию «зеленой ржавчины» (фужерит ), неустойчивого слоистого двойной гидроксид (LDH). В зависимости от геохимических условий, преобладающих в среде коррозирующей стали, гидроксид железа (II) и грин раст могут постепенно превращаться в оксид железа (II, III) или, если , бикарбонат Ионы присутствуют в растворе, они также могут эволюционировать в более стабильные карбонатные фазы, такие как карбонат железа (FeCO 3) или (Fe 2 (OH) 2 (CO 3),), изоморфный (Cu 2 (OH) 2 (CO 3), малахит ) в системе меди.

Анаэробное окисление железа и стали обычно находят место в обедненных кислородом средах, таких как постоянно водонасыщенные почвы, торфяные болота или заболоченные земли, в которых часто археологические железные артефакты.

Анаэробное окисление углеродистой стали из контейнеров и транспортных пакетов также ожидается в глубоких геологических формациях, в которых радиоактивные отходы с высоким уровнем активности и отработанное топливо должно быть окончательно утилизировано. В настоящее время в рамках исследований коррозии, связанных с захоронением ВАО, анаэробной коррозии стали уделяется повышенное и постоянное внимание. Действительно, важно понимать этот процесс, чтобы гарантировать полное удержание отходов ВАО в инженерном барьере в течение первых столетий или тысячелетий, когда радиотоксичность отходов высока и когда они выделяют значительное количество тепло.

Этот вопрос также актуален для коррозии арматурных стержней (арматуры ) в бетоне (Алигизаки и др., 2000). Затем это касается срока службы бетонных конструкций, в том числе приповерхностных слоев, предназначенных для размещения низкоактивных радиоактивных отходов.

Медленное, но непрерывное производство Водород в глубоких глинистых пластах с низкой проницаемостью может представлять проблему для долгосрочного захоронения радиоактивных отходов (Ortiz et al., 2001; Nagra, 2008; недавние отчеты Nagra NTB). Действительно, повышение давления газа могло бы произойти, если бы скорость образования водорода в результате анаэробной коррозии углеродистой стали и последующего превращения грин-ржавчины в магнетит превысила скорость диффузии растворенного H 2 в поровой воде пласта. В настоящее время этот вопрос является объектом многих исследований (King, 2008; King and Kolar, 2009; Nagra Technical Reports 2000–2009) в странах (Бельгия, Швейцария, Франция, Канада), предусматривающих возможность захоронения в глинистых формациях.

Когда образующийся водород образуется в результате анаэробной коррозии железа протонами воды, атомарный водород может диффундировать в кристаллическую решетку металла из-за существующего градиента концентрации. После диффузии атомы водорода могут рекомбинировать в молекулярный водород, что приводит к образованию микропузырьков H 2 под высоким давлением в металлической решетке. Тенденции расширения пузырьков H 2 и результирующего растягивающего напряжения могут вызывать трещины в металлических сплавах, чувствительных к этому эффекту, также известному как водородное охрупчивание.. Несколько недавних исследований (Turnbull, 2009; King, 2008; King and Kolar, 2009) рассматривают этот вопрос в контексте захоронения радиоактивных отходов в Швейцарии и Канаде.

• Анаэробная коррозия стали
• Бескислородные воды
• Гидроксиды железа и их редкий минеральный аналог в природе: амакинит, (Fe, Mg) (OH) 2
• фужерит
• оксид железа (II)
• окислительно-восстановительная реакция
• реакция серпентинизации, включающая также преобразование фаялита (Fe- конечный элемент оливина ) на магнетит, кварц и водород:

3 Fe 2 SiO 4 + 2 H 2 O → 2 Fe 3O4+ 3 SiO 2 + 3 H 2

• Aligizaki, Kalliopi K.; Марио Р. де Рой; Дигби Д. Макдональд (декабрь 2000 г.). «Анализ оксидов железа, накапливающихся на границе раздела заполнителей и цементного теста». Исследование цемента и бетона. 30 (12): 1941–1945. DOI : 10.1016 / S0008-8846 (00) 00392-6. ISSN 0008-8846.

• Ardizzone, S.; Л. Формаро (февраль 1983 г.). «Вызванное температурой фазовое превращение метастабильного Fe (OH) 3 в присутствии ионов двухвалентного железа». Химия и физика материалов. 8 (2): 125–133. DOI : 10.1016 / 0254-0584 (83) 90046-9. ISSN 0254-0584.

.

• Кинг, Фрейзер (2008). «Коррозия углеродистой стали в анаэробных условиях в хранилище SF и ВАО в опалиновой глине. Технический отчет Nagra NTB 08-12». Архивировано с оригинального 07.07.2011. Проверено 01.08.2010.

• King, F.; М. Колар (2009). «Теоретическое руководство для модели коррозии стали версии 1.0. NWMO TR-2009-07 March 2009». Для цитирования журнала требуется | journal =()

• Landolt, D.; A. Давенпорт; Дж. Пайер; Д. Шузмит (2009). «Обзор материалов и вопросов коррозии, касающихся контейнеров для захоронения отработавшего топлива и высокоактивных отходов в опалинусовой глине. Технический отчет Nagra NTB 09-02». Архивировано из оригинала 06.10.2011. Проверено 01.08.2010.

• Nagra (2008). «Эффекты образования газа после захоронения в хранилище для низко- и среднеактивные отходы, обнаруженные в опалиновой глине в Северной Швейцарии. Технический отчет Nagra NTB 08-07 ". Архивировано из оригинала 07.07.2011. Дата обращения 2010-08- 01.

• Одзиемковский, М.С.; Т.Т. Шухмахер; Р.У. Гиллхэм; Э.Дж. Рирдон (1998). «Механизм образования оксидной пленки на железе при моделировании растворов подземных вод: спектроскопические исследования комбинационного рассеяния». Коррозия. 40 ( 2–3): 371–389. doi : 10.1016 / S0010-938X (97) 00141-8. ISSN 0010-938X.

• Ортис, Л.; Г. Фолькаерт; Д. Малланц (май 2002 г.). «Образование и миграция газа в Бум-Глине, потенциально вмещающей горной породе для хранения ядерных отходов». Инженерная геология. 64 (2–3): 287–296. DOI : 10.1016 / S0013-7952 (01) 00107-7. ISSN 0013-7952.

• Regazzoni, A.E.; Г. А. Уррутия; М. А. Блеса; А. Дж. Г. Марото (1981). «Некоторые наблюдения за составом и морфологией синтетических магнетитов, полученных разными способами». Журнал неорганической и ядерной химии. 43 (7): 1489–1493. DOI : 10.1016 / 0022-1902 (81) 80322-3. ISSN 0022-1902.

• Deiss, E.; Г. Шикорр (1928). «Убер дас феррогидроксид (эйзен-2-гидроксид)». Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 172 (1): 32–42. doi : 10.1002 / zaac.19281720103.

• Шикорр, Герхард (1933). «Гидроксид железа (II) и ферромагнитный гидроксид железа (III)». Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 212 (1): 33–39. doi : 10.1002 / zaac.19332120105.

• Шикорр, Герхард (1933). «Убер-айзен (II) -гидроксид и эйн-ферромагнитный эйзен (III) -гидроксид». Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 212 (1): 33–39. doi : 10.1002 / zaac.19332120105.

• Шикорр, Герхард (1963). "Über den Mechanus des atmosphärischen rostens des eisens". Werkstoffe und Korrosion. 14 (2): 69–80. doi : 10.1002 / maco.19630140203.

• Smart, N.R.; Д.Дж. Черное дерево; Л. Верме (2002). «Анаэробная коррозия углеродистой стали и чугуна в искусственных грунтовых водах: Часть 1, Электрохимические аспекты». Проверено 01.08.2010.

• Тернбулл, Алан (2009). «Обзор возможного воздействия водорода на срок службы контейнеров для ядерных отходов из углеродистой стали. Технический отчет Nagra NTB 09-04». Архивировано с оригинального 06.10.2011. Проверено 1 августа 2010 г.

• Webb, S.L.; Г. Бонсак. «Кинетика реакции Шикорра на стальных поверхностях при низких температурах». Проверено 1 августа 2010 г.

1. ^Beverskog, B.; И. Пуигдоменек (декабрь 1996 г.). «Пересмотренные диаграммы Пурбе для железа при 25–300 ° C». Коррозионная наука. 38 (12): 2121–2135. DOI : 10.1016 / S0010-938X (96) 00067-4. ISSN 0010-938X.

Подробные отчеты о проблемах коррозии железа, связанных с утилизацией высокоактивных отходов, см. По следующим ссылкам:

• Веб-сайт Nagra
• Веб-сайт SKB
• Веб-сайт NWMO