Слайд 2
Слайд 3
Слайд 4
Слайд 5
Слайд 6
Цель
Исследовать действие факторов окружающей среды на степень ржавления металлов. Гипотеза Если поместить железо в щелочную среду, то скорость коррозии уменьшится.
Слайд 7
Задачи
1. Изучить сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии. 2.Исследовать зависимость скорости коррозии от присутствия кислорода. 3.Исследовать влияние электролитов на процесс коррозии. 4.Исследовать влияние ингибиторов на процесс коррозии.
Слайд 8
Значение коррозии
1. Вызывает серьезные экологические последствия: утечка нефти, газа, других химических продуктов. 2.Недопустима во многих отраслях промышленности: авиационной, химического, нефтяного и атомного машиностроения. 3.Отрицательно влияет на жизнь и здоровье людей.
Слайд 9
Коррозия - гетерогенный процесс который происходит на границе раздела фаз «металл - окружающая среда». В результате коррозии металлы окисляются и переходят в устойчивые соединения - оксиды или соли, в виде которых они и находятся в природе.
Слайд 10
В случае химическойкоррозии происходит взаимодействие металла непосредственно с окислителем окружающей среды. В результате этого разрушается металлическая связь, и атомы металла соединяются с атомами и группами атомов, входящих в состав окислителей. 2Fe0+3Cl20→-2Fe+3Cl3 3Fe+2O2→Fe3O4 Химическая коррозия.
Слайд 11
Электрохимическая коррозия
Этот вид коррозии встречается наиболее часто и представляет собой процесс взаимодействия металлов и сплавов с электролитами, сопровождающийся самопроизвольным возникновением гальванических пар «катод - анод». Анод на железе(+) Катод на меди(-)Fe 0-2e=Fe2+2H++2e=2H0 →H20
Слайд 12
Факторы вызывающие коррозию
1. Кислород и влага атмосферы 2. Углекислый и сернистый газы, содержащие в атмосфере 3. Морская вода 4. Грунтовые воды
Слайд 13
Эксперимент №1. Роль кислорода в процессе коррозии железа. В пробирке №1-ж. гвоздь+вода на половину. В пробирке №2-ж. гвоздь+вода полностью. В пробирке №3-ж. гвозды-вода+масло.
Слайд 14
Слайд 15
Слайд 16
Эксперимент№2. Влияние электролитов на процесс коррозии. В стакане №1-ж. гвоздь + вода. В стакане №2-ж. гвоздь + раствор хлорида натрия. В стакане №3-ж. гвоздь + медь + раствор хлорида натрия. В стакане №4-ж. гвоздь + алюминий + раствор хлорида натрия.
Слайд 17
Слайд 18
Слайд 19
Эксперимент №3. Влияние ингибиторов на процесс коррозии. В пробирке №1 - ж. гвоздь + раствор гидроксида натрия. В пробирке №2 - ж. гвоздь + раствор фосфата натрия. В пробирке №3 - ж. гвоздь + раствор дихромата натрия.
Слайд 20
Слайд 21
По результатам исследований были сделаны следующие выводы:
1.Коррозия железа резко усиливается в присутствии кислорода. 2.Коррозия железа резко усиливается, если он соприкасается с менее активным металлом, но коррозия замедляется, если железо соприкасается с более активным металлом. 3. Скорость коррозии зависит от состава омывающей металл среды. Хлорид ионы усиливают коррозию железа. 4. Коррозия железа ослабляется в присутствии гидроксид - ионов, фосфат - ионов и хромат - ионов.
Причины коррозии металлов Причины коррозии металлов. 1. Наличие во внешней среде агрессивных компонентов (кислорода, воды, оксидов серы, оксидов углерода, водных растворов солей и кислот). 3. Прохождение во внешней среде физико-химических процессов (растворения, электролиза). 4. Адсорбция поверхностно активных веществ. 5. Различная активность металлов в ряду напряжения. 6. Воздействие биологических объектов. 1. Наличие примесей в металлах, их неоднородность.
Классификация коррозийных процессов. Коррозия металлов По виду коррозионной среды По процессам По характеру разрушений - газовая - атмосферная - почвенная - жидкостная (кислотная, солевая, щелочная) щелочная) - химическая - электро- химическая - равномерная - неравномерная - неравномерная (избирательная, (избирательная, местная) местная)
Химическая коррозия металлов. Взаимодействие металлов с сухими газами и жидкостями – неэлектролитами вызывает химическую коррозию. Такому виду коррозии подвергаются турбины, арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания. На практике этот вид коррозии редок. Сущность коррозии: Meº - nē Me+n Переход атома металла в ионное состояние.
При химической коррозии идет окисление металла без возникновения цепи электрического тока: 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (FeOFe 2 O 3) Оксидная пленка железа очень рыхлая и не прилегает плотно к поверхности металла, поэтому кислород проникает все дальше и дальше, коррозия идет до полного разрушения предмета. 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 Для поверхности алюминия этот процесс благоприятен, т.к. оксидная пленка плотно прилегает к поверхности металла и нет дальнейшего допуска кислорода к металлу. Химическая коррозия.
Электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия Электрохимическая коррозия – это все случаи коррозии, идущие в присутствии воды и жидкостей- электролитов. 1. Процесс происходит при соприкосновении двух металлов или на поверхности металла, содержащего примеси. 2. Более активный металл(анод) разрушается. 3. Скорость коррозии тем больше, чем сильнее отличаются металлы (чем дальше друг от друга расположены в ряду напряжений).
Условия, способствующие электрохимической коррозии. 1. Чем дальше друг от друга в ряду активности расположены контактирующие металлы, тем быстрее и активнее идет коррозия. 2. Ускоряют коррозию: примеси, неровности поверхности и трещины, повышение температуры. 3. Действие агрессивной внешней среды (морская вода, грунтовые воды, среда электролита). 4. Действие микроорганизмов (грибы, бактерии, лишайники).
Негативные последствия коррозии. 1. Вызывает серьезные экологические последствия при утечке нефти, газа, других химических продуктов. 2. Недопустима во многих отраслях промышленности: авиационной, химической, нефтеперерабатывающей, атомного машиностроения. 3. Отрицательно влияет на жизнь и здоровье человека.
Основные методы защиты металлов от коррозии. Приготовление сплавов стойких к коррозии: Замена металлических предметов на изделия из нержавеющей стали и других сплавов, коррозийно- стойких. Изменение состава среды Добавление ингибиторов Деаэрация – удаление растворенного воздуха из воды
Обобщения, выводы. 1. Коррозия – окислительно – восстановительный процесс. 2. Коррозия бывает химической и электрохимической. 3. В случае электрохимической коррозии всегда образуется электрический ток. 4. Более активный металл выступает в роли анода; менее активный – катода.
1. Все металлы главных подгрупп I и II ПСХЭ Д. И. Менделеева имеют малую коррозионную стойкость. 2. Металлы побочной подгруппы II группы, III главной подгруппы – образуют защитную оксидную плёнку. 3. Металлы IV группы – стойки к коррозии. 4. Металлы V, VI, VII, VIII групп побочных подгрупп способны к пассивации. 5. Наиболее устойчивы металлы VIII группы побочной подгруппы. Активность металлов по группам ПСХЭ.
Описание презентации ПРЕЗЕНТАЦИЯ на тему « « Коррозия металлов по слайдам
Коррозия металлов Введение Химическая коррозия Электрохимическая коррозия Сущность процессов коррозии Способы защиты от коррозии Атмосферная коррозия стали Ингибиторы коррозии металлов
Введение Слово коррозия происходит от латинского «corrodere» , что означает разъедать. Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево. Например, в настоящее время мы являемся свидетелями большого беспокойства широких слоев людей в связи с тем, что от кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора. Таким образом, коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды. Процессы физического разрушения к коррозии не относят, хотя часто они наносят не меньший вред памятникам культуры. Их называют истиранием, износом, эрозией.
Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Среди них как конструкционный материал явно выделяется железо. Объем промышленного производства железа примерно в 20 раз больше, чем объем производства всех остальных металлов, вместе взятых. Широкое внедрение железа в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII. . . XIX вв. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Однако начало практического использования человеком железа относят к IX в. до н. э. Именно в этот период человечество из бронзового века перешло в век железный. Тем не менее история свидетельствует о том, что изделия из железа были известны в Хеттском царстве (государство Малой Азии), а его расцвет относят к XIV. . . XIII вв. до н. э.
В природе, хотя и очень редко, но встречается самородное железо. Его происхождение считают метеоритным, т. е. космическим, а не земным. Поэтому первые изделия из железа (они изготавливались из самородков) ценились очень высоко – гораздо выше, чем из серебра и даже золота.
Несмотря на широкое внедрение в нашу сегодняшнюю жизнь полимерных материалов, стекла, керамики, основным конструкционным материалом продолжает оставаться железо и сплавы на его основе. С изделиями из железа мы на каждом шагу встречаемся в быту и знаем, как много хлопот доставляют его ржавление и сама ржавчина. Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы коррозируют, но не ржавеют. Хотя коррозируют практически все металлы, в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа.
Химическая коррозия Химическую коррозию стали вызывают сухие газы и жидкости, не имеющие характера электролитов, например органические соединения или растворы неорганических веществ в органических растворителях, Химическая коррозия не сопровождается возникновением электрического тока. Она основана на реакции между металлом и агрессивным реагентом. Этот вид коррозии протекает в основном равномерно по всей поверхности металла. В связи с этим химическая коррозия менее опасна, чем электрохимическая.
Продукты коррозии могут образовывать на поверхности металла плотный защитный слой, затормаживающий её дальнейшее развитие, или же пористый слой, не защищающий поверхность от разрушающего воздействия среды. В этом случае процесс коррозии продолжается до полного разрушения материала или период времени пока будет действовать агрессивная среда. Наиболее часто на практике встречается газовая коррозия стали, вызванная воздействием О 2 , SO 2 , H 2 S, CI, НС 1, NO 3 , CO 2 , CO и H 2.
Электрохимическая коррозия Электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами, в основном растворами кислот, оснований и солей. Механизм процесса коррозии зависит от структуры металла, а так же от типа электролита. Сталь, как всякий металл, имеет кристаллическое строение, при котором атомы располагаются в соответствующем порядке, образуя характерную пространственную решетку. Кристаллы железа имеют строение, значительно отличающиеся от идеальной схемы, так как имеются пустоты, не занятые атомами металла, трещины, включения примесей к газов.
Металлы обладают хорошей электропроводностью, что обусловлено наличием свободных электронов, движение которых создает электрический ток. Числу свободных электронов соответствует эквивалентное число ион- атомов, т. е. атомов, утративших один или более электрон. В случае возникновения на концах металлического стержня разности потенциалов электроны движутся от полюса с высшим потенциалом к противоположному полюсу. Металлы, обладающие электронной проводимостью, являются проводниками первого рода, а электролиты которые имеют ионную проводимость проводниками второго рода.
В зависимости от типа и содержания растворённых в воде солей изменению подвергаются не только нормальные потенциалы, но даже положение металла в ряду потенциалов.
Сущность процессов коррозии. Коррозия металлов чаще всего сводится к их окислению и превращению в оксиды. В частности, коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением 4 Fe + 3 O 2 + 2 H 2 О = 2 Fe 2 O 3·H 2 О Гидратированный оксид железа Fе 2 O 3·H 2 О и является тем, что люди называют ржавчиной. Это рыхлый порошок светло-коричневого цвета. Многие металлы при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от дальнейшего окисления. Например, алюминий – очень активный металл и теоретически с водой должен был бы взаимодействовать в соответствии с уравнением 2 Al + 3 H 2 О = Al 2 O 3 + 3 H
Строго отделить химическую коррозию от электрохимической трудно, а иногда и невозможно. Дело в том, что электрохимическая коррозия часто связана с наличием в металле случайных примесей или специально введенных легирующих добавок.
Способы защиты от коррозии. Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и прежде всего легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н. э.) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии.
Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, а стоимость цемента невысокая, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, – высокая чувствительность к механическим ударам.
Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами коррозируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами: кратковременным погружением в ванну с расплавленным металлом (горячее покрытие), электроосаждением из водных растворов электролитов (гальваническое покрытие), напылением (металлизация), обработкой порошками при повышенной температуре в специальном барабане (диффузионное покрытие), с помощью газофазной реакции, например 3 Cr. Cl 2 + 2 Fe – → 2 Fe. Cl 3 + 3 Cr (в сплаве с Fe).
Имеются и другие методы нанесения металлических покрытий, например, разновидностью диффузионного способа защиты металлов является погружение изделий в расплав хлорида кальция Ca. Cl 2, в котором растворены наносимые металлы.
Атмосферная коррозия стали Наиболее часто встречающимся на практике типом коррозии стали является образование ржавчины под влиянием атмосферных воздействий (чаще всего кислорода и влажности), В сухом атмосферном воздухе сталь практически не подвергается коррозии. Атмосферная коррозия носит электрохимический характер, причем электролитом является слой влаги, имеющийся на поверхности металла.
Протекание процессов коррозии в атмосферных условиях аналогично коррозии стали в воде, содержащей кислород. Продукты коррозии, покрывающие металл, представляют собой гидра тированные окиси железа с составом, определяемым формулой Скорость атмосферной коррозии зависит от содержания влаги в воздухе. Повышение относительной влажности воздуха до 70 -75% приводит к сравнительно небольшим потерям стали. При влажности, превышающей эти значения, наблюдается интенсивное ускорение процессов коррозии. Загрязнение воздуха агрессивными продуктами такими, как СО 2, SО 2, CI 2, H 2 S, дым и сажа, усиливает коррозию. Сталь, в течение нескольких летлет подвергавшаяся воздействию промышленной атмосферы, имеет значительно большие потери, чем сталь в условиях сельской местности.
Ингибиторы Применение ингибиторов – один из эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах (в атмосферных, в морской воде, в охлаждающих жидкостях и солевых растворах, в окислительных условиях и т. д.). Ингибиторы – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Название ингибитор происходит от лат. inhibere, что означает сдерживать, останавливать. Ингибиторы взаимодействуют с промежуточными продуктами реакции или с активными центрами, на которых протекают химические превращения. Они весьма специфичны для каждой группы химических реакций. Коррозия металлов – это лишь один из типов химических реакций, которые поддаются действию ингибиторов. По современным представлениям защитное действие ингибиторов связано с их адсорбцией на поверхности металлов и торможением анодных и катодных процессов.
Первые ингибиторы были найдены случайно, опытным путем, и часто становились клановым секретом. Известно, что дамасские мастера для снятия окалины и ржавчины пользовались растворами серной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте действовать на оружейный металл, в результате чего растворялись лишь окалина и ржавчина.
По данным 1980 г. , число известных науке ингибиторов коррозии превысило 5 тыс. Считают, что 1 т ингибитора дает в народном хозяйстве экономию около 5000 руб. Работа по борьбе с коррозией имеет важнейшее народнохозяйственное значение. Это весьма благодатная область для приложения сил и способностей.
У металлов есть враг, который приводит к огромным
безвозвратным потерям металлов, ежегодно полностью
разрушается около 10% производимого железа. По
данным Института физической химии РАН, каждая
шестая домна в России работает впустую – весь
выплавляемый металл превращается в ржавчину.
Этот враг - коррозия.
возникла почти в самом начале их
использования. Люди пытались защитить
металлы от атмосферного воздействия с
помощью жира, масел, а позднее и
покрытием другими металлами и, прежде
всего, легкоплавким оловом (лужением). В
трудах древнегреческого историка Геродота
(V в. до н.э.) уже имеется упоминание о
применении олова для защиты железа от
коррозии.В III до нашей эры на острове Родос был построен
маяк в виде огромной статуи Гелиоса.
Колосс Родосский считался одним из семи чудес света,
однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время
землетрясения. У Колосса Родосского бронзовая
оболочка была
смонтирована на
железном каркасе.
Под действием влажного,
насыщенного солями
средиземноморского воздуха
железный каркас разрушился.В 20 годы ХХ в. по заказу одного миллионера
была построена роскошная яхта “Зов моря”.
Еще до выхода в открытое море яхта полностью
вышла из строя. Причиной была контактная
коррозия. Днище яхты было обшито медноникелевым сплавом, а рама руля, киль и другие
детали изготовлены из стали. Когда яхта была
спущена на воду. Возник гигантский
гальванический элемент, состоящий из катодаднища, стального анода и электролита – морской
воды. В результате судно затонуло, ни сделав ни
одного рейса.Что является символом
Парижа? –Эйфелева
башня. Она неизлечима
больна, ржавеет и
разрушается, и только
постоянная
химиотерапия помогает
бороться с этим
смертельным недугом:
её красили 18 раз, отчего
её масса 9000 т
каждыйраз
увеличивается на 70 т.Коррозия – разрушение металлов и
сплавов под воздействием окружающей
среды. Слово коррозия происходит от
латинского corrodere, что означает
разъедать.
Виды коррозии
Химическая коррозия
Химическая коррозия –это взаимодействие
металлов с сухими
газами и жидкостями –
неэлектролитами.
Такому виду коррозии
подвергаются турбины,
арматура печей и детали
двигателей внутреннего
сгорания.
Электрохимическая коррозия
Электрохимическаякоррозия – это все
случаи коррозии в
присутствии воды и
жидкостей –
электролитов.
Сущность коррозии.
Коррозия состоит издвух процессов:
химического – это
отдача электронов и
электрического – это
перенос электронов.
Закономерности коррозии:
1. Если соединеныдва разных металла,
то коррозии
подвергается только
более активный, и
пока он полностью
не разрушится, менее
активный защищён.
Закономерности коррозии:
2. Скорость коррозиитем больше, чем
дальше друг от друга
в ряду напряжений
расположены
соединённые
металлы.
Химизм коррозии.
Способы защиты от коррозии.
Одним из наиболее распространенныхспособов защиты металлов от коррозии
является нанесение на их поверхность
защитных пленок: лака, краски, эмали.Широко распространенным способом защиты
металлов от коррозии является покрытие их
слоем других металлов. Покрывающие
металлы сами корродируют с малой
скоростью, так как покрываются плотной
оксидной пленкой. Производят покрытие
цинком, никелем, хромом и др.
Покрытие другими металлами.
В повседневной жизни человек чаще всеговстречается с покрытиями железа цинком и
оловом. Листовое железо, покрытое
цинком, называют оцинкованным железом,
а покрытое оловом – белой жестью. Первое
в больших количествах идет на кровли
домов, а из второго изготавливают
консервные банки.
Способы защиты от коррозии.
Создание сплавов сантикоррозионными
свойствами. Для этого
в основной металл
добавляют до 12%
хрома, никеля,
кобальта или меди.
Способы защиты от коррозии.
Изменение составасреды. Для
замедления коррозии
вводятся
ингибиторы. Это
вещества, которые
замедляют скорость
реакции.
Способы защиты от коррозии.
Применение ингибиторов – один из эффективныхспособов борьбы с коррозией металлов в различных
агрессивных средах (в атмосферных, в морской воде, в
охлаждающих жидкостях и солевых растворах, в
окислительных условиях и т.д.). Ингибиторы – это
вещества, способные в малых количествах замедлять
протекание химических процессов или останавливать их.
Название ингибитор происходит от лат. inhibere, что
означает сдерживать, останавливать. Известно, что
дамасские мастера для снятия окалины и ржавчины
пользовались растворами серной кислоты с добавками
пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были
одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте
действовать на оружейный металл, в результате чего
растворялись лишь окалина и ржавчина.
Электрозащита.
1. Протекторная защита.К основной конструкции
прикрепляются
заклёпки или пластины
из более активного
металла, которые и
подвергаются
разрушению. Такую
защиту используют в
подводных и подземных
сооружениях.
Электрозащита.
2. Пропусканиеэлектрического тока
в направлении,
противоположном
тому, который
возникает в процессе
коррозии.
Коррозия металлов
преподаватель химии и биологии ГБОУ НПО РО ПУ № 61 имени Героя Советского Союза Вернигоренко И.Г.
- выяснить, что такое коррозия, её виды, механизм (на примере коррозии железа), способы защиты от коррозии;
Отработать умение выполнять эксперимент, делать выводы из увиденного, составлять полуреакции окисления и восстановления исходя из положения металлов в электрохимическом ряду напряжений.
Цели урока
- - реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, называются ….
- элемент, повышающий степень окисления в результате реакции, называется …
- процесс присоединения электронов называется ….
- окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока, называется …
- катод заряжен …
- на аноде идёт процесс …
- при электролизе расплава бромида калия на катоде восстанавливается …
- при электролизе расплава гидроксида калия на аноде выделяется газообразный …
- определить окислитель и восстановитель в схеме реакции:
Zn + AgNO 3 – Zn(NO 3 ) 2 + Ag
Химический диктант
В настоящее время мы являемся свидетелями разрушения архитектурных сооружений и конструкций. От кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора.
Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать. Коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.
Коррозия
А) газы (O 2 ,SO 2 , H 2 S, Cl 2 , NH 3 , NO, NO 2 , H 2 O-пар и т.д.); сажа – адсорбент газов;
Б) электролиты: щёлочи, кислоты, соли;
В) ионы Сl - , влажность воздуха;
Г) макро- и микроорганизмы;
Е) блуждаюший электрический ток;
Ж) разнородность металлов.
Причины коррозии
КОРРОЗИЯ - РЖАВАЯ КРЫСА,
ГРЫЗЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЛОМ,
В ШЕФНЕР
4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3
Коррозийные процессы
Коррозия
Химическая
Электрохимическая
Виды коррозии
Коррозия металлов
По характеру разрушений
По виду коррозийной среды
По процессам
Электрохимическая
Равномерная
Почвенная
Неравномерная
Химическая
Жидкостная
Атмосферная
Классификация
Химическая коррозия обусловлена взаимодействием
металлов с сухими газами или жидкостями,
не проводящими электрического тока
Как правило, протекает
Продукты коррозии образуются непосредственно в местах соприкосновения металла с агрессивной средой
при повышенных
температурах
Коррозионно-активные среды
Скорость коррозионного процесса определяется не только природой металла, но и свойствами образовавшихся продуктов
Оксидная пленка
Прочная, защитная
Рыхлая
Al 2 O 3 , ZnO, NiO, Cr 2 O 3, TiO 2
FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4
Химическая коррозия
Электрохимическая коррозия осуществляется за счет
электрохимических реакций, происходящих
на поверхности металла, находящегося в контакте
с раствором электролита. Она сопровождается
возникновением электрического тока
Пример контактной коррозии
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2 , Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Ослабление восстановительных свойств, активности
Электрохимический ряд напряжений металлов
СПЛОШНАЯ
не представляет особой опасности для конструкций и аппаратов особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм. Ее последствия могут быть сравнительно легко учтены.
МЕСТНАЯ
потери металла небольшие. Наиболее опасна – точечная коррозия(образование сквозных поражений, точечных полостей – так называемых питтингов. Местной коррозии благоприятствуют морская вода, растворы солей, в частности галогенидных (хлорид натрия, магния и др.). Опасность местной коррозии состоит в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает надежность конструкций, сооружений, аппаратов.
Коррозия металлов
Цинковую гранулу опускаем в раствор соляной кислоты. Наблюдаем выделение водорода.
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
Сначала реакция протекает быстро, а затем постепенно замедляется. Это обусловлено тем, что ионы цинка переходят в раствор и образуют у поверхности металла слой положительно заряженных ионов. Этот слой является барьером, препятствующим проникновению одноимённо заряженных ионов водорода к поверхности металла. Кроме того, при растворении цинка в его кристаллической решётке накапливаются электроны, которые затрудняют дальнейший переход поверхностных ионов цинка в раствор. Это и приводит к замедлению взаимодействия цинка с кислотой.
Опыт №1.
К цинку прикасаемся медной проволокой – растворение цинка усиливается.
Это объясняется следующим образом: медь в ряду напряжений металлов находится за водородом и с кислотами, у которых окислителем являются ионы водорода, не взаимодействуют. Поэтому в кристаллической решётке меди свободные электроны не накапливаются. При контакте этих двух металлов свободные электроны цинка переходят к меди и восстанавливают ионы водорода:
2Н + + 2е = Н 2 0
В этом случае наряду с химическими процессами (отдача электронов) протекают и электрические (перенос электронов от одного металла к другому).
Освободившись от избыточных электронов цинк снова окисляется:
Zn 0 – 2e = Zn 2+
Кроме этого, поверхностные ионы цинка теперь не удерживаются электростатическим притяжением электронов и распределяются по раствору, поэтому цинк в контакте с медью растворяется быстрее. Таким образом, усиление коррозии цинка в контакте с медью объясняется возникновением короткозамкнутого гальванического элемента. В котором цинк выполняет роль анода, а медь – катода.
Опыт №2.
Медную и цинковую пластинки в растворе НСl соединяем проводником, наблюдаем выделение водорода на медной пластинке.
Анод (Zn): Zn 0 – 2e – Zn 2+
Катод (Сu): 2H + + 2e – H 2 0
Аналогично происходит коррозия металлов, которые неоднородны и содержат примеси. В присутствии электролита одни участки поверхности металла играют роль анода, другие – катода.
На катоде происходит окисление атомов металла: Ме 0 – ne = Me n+
При этом на металле остаются избыточные электроны. Роль анода выполняет более активный металл.
На катоде происходит принятие электронов, которые поступают с анода, каким-либо окислителем. В кислотах в качестве окислителя выступают ионы водорода. В нейтральной среде в качестве окислителя преимущественно выступает растворённый кислород, тогда на катоде протекает процесс: О 2 + 4е + 2Н 2 О = 4ОН -
Опыт №3.
1. Легирование металлов, т.е. получение сплавов, которые устойчивы к коррозии.
2. Изоляция металла от окружающей среды достигается применением защитных покрытий. Различают три вида покрытий: (лаки, краски, эмали); химические покрытия (фосфатные, оксидные, нитридные); металлические (никелирование, хромирование, лужение – покрытие оловом). Различают катодные и анодные покрытия. Если защищаемый металл покрыт менее активным металлом, то это – катодное покрытие, например железо покрытое оловом. При нарушении целостности катодного покрытия возникает гальванический элемент, в котором анод – железо разрушается, а катод – олово – остаётся защищённым. Если защищаемый металл покрыт более активным металлом, то это анодное покрытие, например железо покрыто цинком. При нарушении целостности анодного покрытия возникает гальванический элемент, где анод – цинк – разрушается, а катод – железо – остаётся защищённым.
Протекторная защита. К защищаемой металлической конструкции
присоединяют листы (протекторы) из более активного металла. Протектор разрушается, предохраняя защищаемый металл. Данным способом защищают трубопроводы и ёмкости под землёй, корпуса судов и корабельных винтов в морской воде.
4. Изменение свойств агрессивной среды. Достигается двумя способами: 1) удаление из агрессивно сред веществ, которые усиливают коррозию металлов, например кислород кипячением; 2) добавлением в агрессивную среду веществ, которые замедляют коррозию (ингибиторы).
Способы защиты металлов от коррозии .
Цинковая пластинка опускается в сосуд с ингибированной соляной кислотой. Реакция не происходит. Ингибиторами могут быть мочевина, сульфит натрия, тиосульфат натрия, нитрит натрия, фосфаты, карбонаты, силикаты.
Опыт №4.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение коррозии металлов.
2. Какие виды коррозии металлов вам известны.
3. Что способствует процессу коррозии?
4. Рассмотрите процесс коррозии при контакте железа с более активным металлом. Напишите уравнения реакций окисления и восстановления.
4. Зная, что такое коррозия и что ей способствует, предложите способы борьбы с коррозией железных изделий как наиболее распространённых.
5. Какие способы борьбы с коррозией вам известны?
6. Особый интерес представляет протекторная защита. На чём основано её действие? Каков её недостаток?
7. На чём основана катодная защита?
Закрепление знаний
Разрушить проще, чем построить. Потерять гораздо легче, чем найти. Бороться с коррозией нелегко, но возможно. И одно из многочисленных тому доказательств – Эйфелева башня (слайд 38), которую строили в расчёте на то, что прослужит она лет тридцать и её снесут. А она вот уже второе столетие украшает собою Париж…
Итоги урока
1. Для хозяйственных нужд вам необходимо приобрести два железных ведра. В хозяйственном магазине оказались два ведра двух видов: оцинкованное (железо покрыто цинком) и лужёные (железо покрыто оловом). Какое из этих вёдер прослужит дольше? Какому виду вёдер вы отдадите предпочтение? Дайте обоснованный ответ.
2. Вы – слесарь. На стальную деталь (сталь в основном содержит железо и углерод до 2%) поставили медную заклёпку. Знаете ли вы, что раньше разрушится: деталь или заклёпка? Дайте обоснованный ответ.
3. К стенкам парового котла, корпуса судна приваривают листы более активного металла (цинка, магния). Какой металл будет разрушатся в первую очередь? Дайте обоснованный ответ.
4.Одна железная пластина покрыта магнием, а другая медью. На какой пластинке образуется ржавчина при нарушении целостности покрытия? Дайте обоснованный ответ.
Творческие задания.
Учебник «Химия» для профессий НПО и СПО технического цикла О.Г. Габриелян, И.Г. Остроумов, М., «Академия» 2014 год, 256 с. Стр.
Рабочая тетрадь «Металлы и неметаллы»: кроссворд № 1 стр. 27;
Домашнее задание