Практическое выполнение задания.
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
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.
