Коррозия металлах

Коррозия металлов
O Что такое коррозия металлов?
O Какие виды коррозии бывают?
O Как протекает этот процесс?
O Какова роль коррозии в жизни
человеческого общества и зачем ее
изучать?
O Какие способы защиты от нее
существуют?
O Какое влияние может оказать коррозия
на здоровье человека?
O Ржавлением называется только
коррозия железа и его сплавов. Другие
металлы коррозируют, но не ржавеют.
Хотя коррозируют практически все
металлы, но в повседневной жизни
человек чаще всего сталкивается с
коррозией железа.
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.
Коррозия – называют самопроизвольный процесс разрушения
материалов и изделий из них под химическим воздействием
окружающей среды.
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.
Виды коррозии
По механизму действия
химическая,
электрохимическая
По виду коррозионной
среды
газовая, жидкостная
(кислотная, солевая, щелочная)
почвенная, атмосферная
По характеру разрушения
сплошная (общая):
равномерная,
неравномерная
локальная(местная):
точечная, пятнами, язвами,
подповерхностная, сквозная
и др.
Химическая коррозия
- металл разрушается в результате его химического
взаимодействия с агрессивной средой (сухими
газами, жидкостями-неэлектролитами).
Образование окалины при
взаимодействии
материалов на основе
железа при высокой
температуре с кислородом:
8ē
3Fe0 + 2O20 → (Fe+2Fe2+3)O4-2
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
Коррозия металла на влажном
воздухе
Образующиеся на аноде ионы Fe2+ окисляются до Fe3+ :
4Fe2+ (водн.) + O2 (г.) + (2n + 4)H2O (ж.) = 2Fe2O3•nH2O (тв.) + 8H+ (водн.)
Электрохимическая
коррозия
- в среде электролита возникает электрический ток при контакте двух
металлов (или на поверхности одного металла, имеющего
неоднородную структуру);
- коррозия напоминает работу гальванического элемента:
происходит перенос электронов от одного участка металла к
другому (от металла к включению).
Fe
H2
H+
H+
ē ē
Fe 0 - 2ē → Fe 2+
2H+ + 2ē → H2
______________________________
Fe0 + 2H+ → Fe 2+ + H2
Fe 2+
Скорость коррозии больше, чем дальше друг от друга расположены
металлы в электрохимическом ряду напряжений:
более активный металл разрушается
Причины коррозии
- химические и электрохимические процессы окисления,
происходящие на поверхности металлических тел при их
взаимодействии с внешней средой (неметаллами, водой,
оксидами углерода и серы, кислотами, растворами солей,
органическими веществами).
Например, кислородная коррозия
железа в воде:
4Fe + 2Н2О + ЗО2 = 2(Fe2O3• Н2О)
Цель
Исследовать действие факторов окружающей
среды на степень ржавления металлов.
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.
По результатам исследований был
сделан вывод:
O Коррозия железа резко усиливается в
присутствии кислорода.
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 + цинк+ раствор хлорида
натрия.
Коррозия при контакте металлов
Легче окисляется _________________________________________
В этом случае анодом служит ______________________________ ,
этот металл и разрушается.
Коррозия при контакте металлов
Легче окисляется ________________________________________
В этом случае анодом служит ______________________________ ,
этот металл и разрушается.
По результатам исследований были
сделаны следующие выводы:
O Коррозия железа резко усиливается,
если он соприкасается с менее
активным металлом, но коррозия
замедляется, если железо
соприкасается с более активным
металлом.
O Скорость коррозии зависит от состава
омывающей металл среды. Хлорид
ионы усиливают коррозию железа.
Эксперимент №3.
Влияние ингибиторов на
процесс коррозии.
В пробирке №1 - ж. гвоздь + раствор гидроксида
натрия.
В пробирке №2 - ж. гвоздь + раствор фосфата
натрия.
По результатам исследований был
сделан следующий вывод:
O Коррозия железа ослабляется в
присутствии гидроксид - ионов,
фосфат - ионов
Способы защиты
1. Неметаллическое покрытие (лаки,
масла, краски и т.д.). Эти вещества
изолируют металл от внешней среды.
Например, Эйфелева башня в Париже
изготовлена из стали и требует
покрытия краской для защиты от
коррозии и стала весить вместо 9 тонн
стала на 70 тонн больше.
Способы защиты
Нержавеющие стали ( введение легирующих металлов: Cr,
Ni, Co, Cu и т.д.).
Основано на создании сплавов с антикоррозионными
свойствами. Введение в сталь 12% хрома получают
сталь устойчивую к коррозии. А введением никеля,
кобальта и меди - усиливают антикоррозионные
свойства, так как повышают склонность сплавов к
пассивации (образование на поверхности металла
устойчивой оксидной пленки).
Способы защиты
Металлическое покрытие –
некорродирующими металлами (Zn,
Cr, Ag, Ni, Sn и т.д.).
Кровельное железо покрывают цинком,
который охраняет железо от коррозии,
хотя цинк и является более активным
металлом. Он сам покрыт оксидной
пленкой.
Способы защиты
Введение ингибитора.
Ингибитор – это вещество, способное в малых
количествах замедлять протекание
химических процессов или останавливать
их.
Дамасские мастера для снятия окалины
использовали растворы серной кислоты с
добавками пивных дрожжей, муки, крахмала.
Эти примеси были первыми ингибиторами. В
результате растворялись лишь окалина и
ржавчина.
Ингибиторы широко применяются при очистке от
накипи паровых котлов, снятия окалины с
обработанных изделий, при хранении и
перевозке соляной кислоты в стальной таре.
Способы защиты
Протекторная (более активный металл, стоящий
левее в ряду электрохимического напряжения
металлов) – легко разрушается.
Протекторная защита применяется в тех случаях
если, когда защищается конструкция
(подземный трубопровод, корпус корабля),
находящаяся в среде электролита (морская
вода, подземные почвенные воды и т.д.).
Например, дно корабля защищают кусочками
из металла Zn, защищая железное дно от
разрушения. В роли протекторов выступают и
другие металлы: Mg, Al, Zn и сплавы из них.
Подумай и объясни
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.
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.
Ученые считают, что в обоих случаях причиной произошедших событий были
окислительно-восстановительные процессы. Объясните, какие именно?
Стоматологи не рекомендуют рядом со стальной коронкой (Fе)
ставить золотую (Аu). Объясните их позицию с точки зрения
протекающих процессов.
1. В подвале дома обнаружили ящик с гвоздями, но от
неправильных условий хранения многие из них были покрыты
ржавчиной. Что представляет собой ржавчина с химической
точки зрения?
2. Каким простым способом можно удалить ржавчину?
3. Молодая хозяйка повесила сушить белье на железную
проволоку, натянутую между стойками. Когда белье
высохло, она с ужасом обнаружила на чистом белье
желтые полосы.
Как объяснить появление полос на белье?
Как можно избавиться от этих пятен?
Подумай и объясни
(домашнее задание)
1. В раствор хлороводородной
(соляной) кислоты
поместили пластинку из Zn и пластинку из Zn, частично
покрытую Cu. В каком случае процесс коррозии
происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив
электронные уравнения соответствующих процессов.
2. Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого
слоем никеля, если покрытие нарушено? Составьте
электронные уравнения анодного и катодного процессов.
3. Поставьте опыты по коррозии железных гвоздей в «Фанте» и в
растворе соды. Через неделю принесите гвозди в школу, чтобы
обсудить результаты опытов.