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Diagramma potenziale-pH (diagramma di Pourbaix)

1950
  • Marcel Pourbaix
Diagramma di Pourbaix che illustra la stabilità elettrochimica dei metalli nei sistemi acquosi.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un diagramma Pourbaix, noto anche come diagramma potenziale/pH, è un termodinamico grafico che mappa le fasi di equilibrio stabili di un sistema elettrochimico acquoso. Mostra graficamente le condizioni di potenziale ([latex]E_H[/latex]) e pH in cui un metallo è immune (termodinamicamente stabile), passivato (forma uno strato protettivo stabile) film), o suscettibile alla corrosione (forma ioni solubili).

I diagrammi Pourbaix sono costruiti utilizzando il Nernst Equazione per varie possibili reazioni chimiche ed elettrochimiche nel sistema, tra cui l'ossidazione dei metalli, la formazione di ossidi/idrossidi e le reazioni di stabilità dell'acqua. Il diagramma è suddiviso in regioni da linee che rappresentano le condizioni di equilibrio per queste reazioni. Esistono tre tipi principali di linee: le linee orizzontali rappresentano le reazioni redox indipendenti dal pH, le linee verticali rappresentano le reazioni acido-base indipendenti dal potenziale e le linee inclinate rappresentano le reazioni che dipendono sia dal pH che dal potenziale.

Il diagramma include anche due linee cruciali che rappresentano la stabilità dell'acqua. Al di sopra della linea superiore, l'acqua viene ossidata ad ossigeno ([latex]2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-[/latex]), e al di sotto della linea inferiore, l'acqua viene ridotta ad idrogeno ([latex]2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2[/latex]). L'area compresa tra queste due linee è la regione di stabilità dell'acqua, dove si verifica la maggior parte della corrosione acquosa.

By plotting the potential and pH of a specific environment on the diagram for a given metal, one can predict its termodinamico tendency. The ‘corrosion’ region indicates the metal will dissolve into ions. The ‘immunity’ region indicates the metal itself is the most stable form, so corrosion is thermodynamically impossible. The ‘passivation’ region indicates that a solid, often insoluble, oxide or hydroxide film forms on the surface, which can protect the underlying metal from further corrosion. However, it’s crucial to remember that these diagrams are based on thermodynamics and do not provide information about the kinetics or rate of corrosion.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Elettrochimica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Formulazione di Walther Nernst dell'equazione di Nernst (1889)
  • Lavoro di Josiah Willard Gibbs sulla termodinamica chimica e sugli equilibri di fase (anni 1870)
  • progressi nelle tecniche di potenziometria e misurazione del pH

Applicazioni

  • Prevedere il comportamento alla corrosione dei metalli in vari ambienti
  • designing corrosion protection strategies like protezione catodica
  • geochimica per la comprensione della stabilità dei minerali
  • idrometallurgia per processi di estrazione dei metalli

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • ai-driven software for generating complex multi-element pourbaix diagrams in real-time
  • dynamic pourbaix diagrams that incorporate kinetic data for more accurate corrosion rate prediction
  • micro-scale pourbaix diagrams for analyzing corrosion at grain boundaries in alloys
  • pourbaix-guided design of catalizzatori for water splitting and co2 reduction
  • predictive models for biocorrosion based on localized ph and potential changes caused by microbes
  • interactive educational tools for materials science students using virtual pourbaix diagrams
  • development of corrosion inhibitors tailored to shift a system into the passivazione or immunity region
  • on-site electrochemical sensors that map real-world conditions onto a pourbaix diagram for asset integrity management
Related to: pourbaix diagram, potential-ph diagram, electrochemistry, corrosion, passivation, immunity, thermodynamics, nernst equation.

Contesto storico

Diagramma potenziale-pH (diagramma di Pourbaix)

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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