Цікаві факти про метали. Класифікації металів за хімічними властивостями
Цікаві факти про іржу коротко викладені у цій статті.
Цікаві факти про корозію металів
Практично всі сплави та метали повільно руйнуються під дією деяких факторів навколишнього середовища. Коли метал взаємодіє з атмосферними опадами та речовинами повітря на його поверхні з'являється плівка, яка складається з карбонатів, оксидів, сульфідів та подібних сполук. Вони мають протилежні металу властивості. У повсякденному житті такий процес ми називаємо «іржею» та «іржавінням», коли бачимо наліт коричнево-рудого кольору на металевих виробах. Науковий термін іржавіння – це корозія заліза.
Корозія є мимовільним процесом руйнування металів та її сплавів під впливом чинників довкілля. З латині термін «корозія» означає «corrodere», тобто «роз'їдати». Дію корозії піддаються як метали, а й каміння, дерево, полімери і пластмаси.
Щороку корозія знищує від 10 до 20% всього виплавленого металу.
У Швейцарії вчені сконструювали прилад, який відновлює метал із іржі. У ньому корродована річ чи виріб «бомбардуються» молекулами водню. У процесі водень поєднується з киснем, що міститься в іржі. Через кілька годин відбувається омолодження виробу і йому повертається колишній вид виробу, міцного і чистого. При цьому його форма залишається незмінною. Звісно, метал, сильно пошкоджений іржею, відродити не вдасться.
Швидкість корозії, як і будь-якої хімічної реакції, дуже сильно залежить від температури. Збільшення температури на 100 градусів може збільшити швидкість корозії на кілька порядків.
Іржа виступає у техніці як і захисний засіб. Наприклад, люди освоїли виплавку низьколегованих сталей, що містять у малому відношенні хрому, нікелю та міді. Така сталь дуже швидко іржавіє, але під шаром іржі, що відпала, видно чорну щільну плівку, яка захищає метал від подальшого впливу корозії. Єдиний момент - для утворення захисного шару необхідно багато часу, до 4 років.
Іржа має хорошу сорбційну здатність до органічних речовин. Після того, як іржаве залізо було викопане з органічними речовинами, його нагрівали в горнах, загартовували водою шляхом охолодження. У поверхневому шарі металу з'являлися азот та вуглець, які зміцнювали виріб та надавали йому особливої твердості.
Римський бог Робігус є покровителем іржі.
Для того, щоб вироби із заліза не іржавіли, слід покрити суриком (особливою червоною фарбою) або лаком. Чавун покривають емаллю, а сталь іншим металом, наприклад, цинком.
Іржа є однією з найпоширеніших причин аварій мостів.Оскільки іржа має набагато більший обсяг, ніж вихідна маса заліза, її нарощування може призвести до нерівномірного прилягання один до одного конструкційних деталей. Це спричинило руйнування мосту через річку Міанус у 1983 році, коли підшипники підйомного механізму проржавіли всередині. 15 грудня 1967 року Срібний міст, що з'єднує Пойнт Плезант, штат Західна Віргінія, і Канауга, штат Огайо, несподівано впав у річку Огайо. У момент обвалення 37 автомобілів рухалися мостом, і 31 з них впали разом з мостом. 46 людей загинули, і 9 постраждали. Причиною обвалення стала корозія.
Корозія - це мимовільне руйнування металу під впливом зовнішніх чинників. Проблема корозії існує з тих пір, як людина навчилася виплавляти метал. Через корозію руйнуються, а іноді і безповоротно гинуть металеві конструкції, верстати, обладнання, механізми машин тощо, що шкодить економіці.
Види корозії
Залежно від середовища, що впливає на метал, розрізняють атмосферну, підземну та підводну корозії.
Залежно від того, як протікає процес корозії, її ділять на хімічну та електрохімічну. При хімічній корозії відбувається хімічна реакція, у результаті і руйнується метал. На процесі електрохімічної корозії реакції протікають під впливом електричних імпульсів.
Захист від корозії
У зв'язку з тим, що від дії корозії щорічно втрачається 20–30% металів, гостро постає питання захисту металу. Один із популярних способів антикорозійного захисту – захисні покриття. Розрізняють металеві та неметалічні покриття, що ізолюють метал від агресивного середовища. До неметалевих покриття відносяться покриття лаком і фарбою, гумою, пластмасою, фосфатною плівкою і т.д.
Металеві покриття наносять трьома способами:
1. Занурення деталей у розплавлений цинк. Такий спосіб називається гарячим цинкуванням. Детальніше почитати про цей спосіб захисту металу можна, набравши в пошуковій системі «гаряче цинкування єкатеринбург». Таке покриття не має декоративного вигляду, але надійно захищає виріб у виробничих умовах.
2. Металізація чи розпилення. Метал розпорошується в електричній дузі та стисненим повітрям або інертним газом наноситься на поверхню виробу.
3. Блокування – метод захисту металу від корозії іншим металом, який стійкий до агресивного середовища. Два види металу піддають прокатці з подальшою термообробкою і в результаті дифузії на межі металів виникає міцне зчеплення.
Невід'ємним атрибутом промислової революції та символом індустріальної могутності. Важливість даного ресурсу, безумовно, дуже велика, але чи багато хто замислювався, наскільки різноманітною є дана група хімічних елементів? Або які цікаві властивості спостерігаються у деяких металів, а також які неймовірні якості їм часом приписують? Навряд чи. Отже, варто розширити розуміння цієї теми і перерахувати деякі цікаві факти про метали.
Підгрупи
На даний момент у періодичній таблиці налічують 94 хімічні елементи, які розглядаються як метали. Усі розділені на 7 підгруп:
- лужні;
- лужноземельні;
- перехідні;
- легені;
- напівметали;
- лантаноїди;
- актиноїди.
Особливого розгляду вимагають метали перших чотирьох підгруп.
Лужні метали
Свою назву вони набули за рахунок властивості перетворення в луги в умовах водного середовища.
Маловідомий цікавий факт про лужні метали: літій має деякі цілющі властивості. Зокрема – сприяє лікуванню подагри. Так, ще в давнину люди помітили цілющі властивості глини, яка збагачена літієм. Мазі та компреси з цього матеріалу сприяли послабленню симптомів подагри.
Своє застосування елементи цієї групи знайшли й у побудові атомних підводних човнів. Натрій використовується як теплоносій у електрогенераторах, встановлених на атомному реакторі підводного човна. Він забезпечує обертання парових лопатей.
Але натрій потребує особливого поводження. При взаємодії із ним слід враховувати його бурхливу реакцію з рідинами. Навіть простий дотик натрію голою вологою рукою може спровокувати невеликий вибух.
Важливі луги для здоров'я. Дефіцит натрію та калію в організмі людини викликає сильні судоми та біль, через що не слід обмежувати себе у воді та солі.
Лужноземельні метали
Даній групі властива висока щільність та велика температура плавлення. Цікавий факт про метали: барій і радій мають високу токсичність. Цікаво, що радій, що потрапив в організм, схильний транспортуватися більш ніж на 70 % у кістки, але в силу своєї високої токсичності сприяє утворенню онкологічних уражень кісткової тканини.
У 1950 року у республіканську лікарню Республіки Комі надійшло одразу 4 людини, з відсотком поразки кістякових тканин злоякісними пухлинами у районі 70-85 %, що було викликано тривалими розробками підземних мінералізованих родовищ радію.
Перехідні метали
Ця група заслуговує на особливу увагу. Цікаві факти про метали, що відносяться до неї, не можна не згадати, оскільки вона є найчисленнішою. Ця група об'єднує елементи з різними властивостями.
Багато перехідної групи задіяні у сфері виробництва товарів електротехнічної промисловості, оскільки мають властивості провідників електрики.
Забавний факт: загальновідомо, що Японія є лідером із постачання хай-тек-обладнання на світовому ринку. У місті Сува була проведена оцінка концентрації золота в попелястій масі, отриманої від спалення осадових відкладень міського колектора. Підсумкові показники перевершували результати аналогічних дослідів у найбагатших рудниках на планеті приблизно в 50 разів, що пояснювалося наявністю величезної промислової зони, де виготовляють вироби електроніки із застосуванням сплавів дорогоцінних металів, головним чином золота. До речі, про нього можна розповісти багато цікавого.
Золото
Всім відомо, що вироби з цього матеріалу поєднують у собі престиж, вишуканість та розкіш. Прикраси із золота є чудовим подарунком. Але хто б міг подумати, що в Швейцарії є ряд компаній, що виробляють з нього фрагментовані плитки на кшталт шоколадних, які можуть бути використані як подарунок? Або ж у розрахункових операціях. Цікаво, що кожна плитка складається з часток номіналом в 1 грам і просто ділиться на частини.
Цікавий факт про метал: станом на 2014 рік у всьому світі видобули приблизно 179 тонн золота, близько половини якого припадає на Південно-Африканську Республіку. Майже таку ж кількість заліза видобувається з надр Землі щогодини.
Золото - дуже м'який метал, тому у виготовленні ювелірної продукції його зазвичай сплавляють з домішками міді або срібла.
Ртуть
Це єдиний метал, здатний перебувати в рідкому агрегатному стані в кімнатних умовах. Про токсичність ртутних випарів відомо всім, але тільки хіміки знають, як цей елемент впливає на властивості алюмінію.
Законодавчими актами та документами, що регламентують порядок і правила переміщення вантажів на борту літаків у деяких країнах, суворо забороняється транспортування ртуті, оскільки при попаданні на алюмінієву поверхню вона здатна пропалити отвір, що особливо важливо на борту літака, конструкція якого включає безліч деталей, зроблених із цього матеріалу.
Мідь та кобальт
Перераховуючи цікаві факти про метали хімії, варто згадати і дані елементи. Мідь є об'єктом особливого інтересу вандалів та мисливців за кольоровими металами. Вона зустрічається у трансформаторних будках, оскільки мідні елементи не здатні давати іскру.
Але на Сході, головним чином у Японії, мідь застосовується у рибних господарствах як речовина, що перешкоджає появі у водоймах водних грибкових захворювань.
А поява кобальту пов'язане зі скандинавською міфологією. Норвезькі ковалі, які займалися плавкою кобальтовмісних мінералів, отримували миш'якове отруєння. Недуг і головний біль вони пояснювали помстою гірського демона - Кобольда, який мстив людям за руйнування його копалень. Так і з'явилася назва металу. Аналогічно походження назви нікелю.
Залізо
Є найпопулярнішим елементом перехідної групи. Цікавий факт про метал: в давнину, коли людство ще не було знайоме з технологіями виробництва сталі, залізо зміцнювалося за допомогою випалу в гною і клаптях шкіри, за рахунок чого відбувалося вуглецеве збагачення матеріалу і значно підвищувалася міцність. Тому кузні часто будувалися біля стайні.
Не можна не згадати і про корозію металу. Цікавий факт: те, що залізо окислюється при взаємодії з киснем, насамперед враховується космонавтами при спорядженні інвентарного відсіку космічного корабля. І ясна річ, чому! Адже в умовах космічного вакууму залізо не здатне окислитись, а при зіткненні з іншими металами вони буквально злипаються.
Щоб уникнути цієї проблеми, інструменти для роботи у відкритому космосі обволікають спеціальною пластиковою основою або піддають окисленню на Землі.
Срібло
Багатьом знайомий вислів: «Срібло дорожче за золото». Воно відповідає дійсності. Проте це твердження зростає грунті благотворних, цілющих, очисних властивостей срібла. Вода, довгий часяка перебувала в посуді з цього матеріалу, набуває антитоксичних властивостей. Чим і пояснювалася висока популярність срібного начиння за старих часів. З цих міркувань на сучасних космічних станціях функціонують срібні водоочисники.
Перші вироби з цього металу були виявлені в Єгипті, і вони налічують вік понад 6 тисяч років. На території сучасної Індії прийнято вживати десерти, покриті найтоншою срібною фольгою, що допомагає підтримувати здоров'я шлунково-кишкового тракту в умовах високої антисанітарії.
Даний метал активно застосовується азіатськими виробниками терморегуляційної техніки, головним чином при зборці кондиціонерів з функцією повітряного очищення.
За старих часів срібло служило засобом запобігання молочному окисленню. Ложку з цього металу поміщали в глечик із молоком, за рахунок чого воно не окислювалося довгий час. І, нарешті, він стимулює репродукцію гемоглобіну, позитивно впливає на центральну нервову систему. Такий дивовижний метал - срібло. Цікавих фактів про нього ще багато, але це основні.
Легкі метали
Ця категорія є особливо токсичною і важкою. Полоній, надзвичайно отруйний метал, неодноразово використовувався під час замахів на високопосадовців та політиків. Його особливість полягає в тому, що його важко виявити в організмі на ранніх етапах, а його токсичний ефект дуже високий. Людина, чия їжа була отруєна полонієм, приречена на болісну кончину.
Дуже шкідливими є випаровування цинку. Проте цинк сприятливо впливає репродуктивну функцію чоловічих тестикул. У індійських працівників зміїних ферм, що займаються видобутком зміїної отрути, після неодноразових укусів кобр чи гадюк спостерігається сильна ерекція та інтенсивне вироблення статевих гормонів, що пояснюється підвищеним вмістом цинку в отруці змій.
Корозія
Це суто негативний процес, хоча має і свої переваги. Ще 100 років тому кавказькі джигіти усвідомили всю корисність корозійного процесу для виробництва міцних клинків.
Так, вони перші стали закопувати свої шаблі та клинки в землю на пару років, де ті знаходили міцність і здатність розрізати навіть найтвердіші волокна. Дані характеристики металу досягалися за рахунок абсорбуючої властивості іржі, яка, перебуваючи в землі, вбирала органічні елементи і вуглецеві сполуки.
Індійська інженерна наукова спільнота винайшла власний інноваційний метод захисту металевих поверхонь за допомогою каталізу корозії та подальшого нанесення оксидованої фарби на поверхню, що заржавіла. Таким чином, спеціальна фарба вступає в реакцію з іржею та утворює однорідний, міцний захисний шар.
У виробництві інструментів для обробки туш застосовуються сплави з невеликим відсотком хрому, міді та нікелю, за рахунок чого виріб швидко покривається корозією, під якою з часом утворюється міцний захисний шар, що перешкоджає подальшому утворенню іржі.
Інші цікаві факти
Неймовірно міцний титан, на диво, знаходить своє найвище визнання не в металургії, не в машинобудуванні чи техніці, а у виробництві синтетичних пластиків, паперу та фарб.
Алюміній у 1885 році вважався одним із найдорожчих металів. І цінувався він вище за золото і срібло. Наявність алюмінієвих гудзиків у офіцерів французької армії розцінювалося як символ найвищого благородства.
При будівництві супутників і космічних радіаційних дозиметрів американці свого часу зважилися на розпилювання корабля «Кронпринц Вільгельм», що затонув наприкінці Першої світової війни, оскільки сталь, що виготовляється після 1945 року, містить занадто великий відсоток радіації. Використання такого металу перешкодило б збиранню достовірних даних.
І, нарешті, факт про каліфорнію. Він є найдорожчим синтезованим металом. Його вартість перевищує 6,5 мільйонів за грам. Фото, до речі, представлене вище.
Насправді ще можна розповісти багато цікавих фактів про метали. Хімія - дивовижна наука, і кожен елемент періодичної таблиці має унікальні, неповторні властивості та якості.
Урок хімії у 9 класі
Тема урока:Корозія металів
Тип уроку:урок освоєння нових знань, умінь, способів дій
Цілі уроку:створити умови для досягнення запланованих результатів:
Особистісних: формування культури, у тому числі екологічної; вміння вирішувати екологічні проблеми, пов'язані з корозією; розвиток уміння керувати своєю пізнавальною діяльністю; розвиток міжособистісних відносин.
Метапредметні: вміти визначати навчальні завдання, планувати та організовувати свою діяльність; працювати у режимі обмеженого часу; підтримувати комунікативні навички при індивідуальній роботі, парах, колективній роботі; здійснювати міжпредметне перенесення знань; здійснювати самоконтроль, взаємоконтроль, взаємодопомогу; створити умови у розвиток умінь аналізувати, синтезувати, узагальнювати інформацію; робити висновки.
Предметні: повторити хімічні властивості металів; залежність властивостей металів від розташування металу у ряді напруги; ознайомитися з поняттям "корозія"; створити умови для освоєння поняття корозія, класифікації корозійних процесів; ознайомитися з умовами зниження корозії металів; способів захисту металів від корозії; розвиток умінь складати рівняння реакцій.
Завдання уроку:
Перевірка знань учнів про хімічні властивості металів, та залежність властивостей металів від їх місця розташування у ряді напруги;
Самостійне формулювання учнями теми уроку, за допомогою ТСО;
Частково-пошуковий метод для освоєння кейсу та відповіді на запитання після прочитання тексту;
Виступ кожного учнів від команд та розподіл капітаном обов'язків між членами команд;
Спільний пошук рішень учнями, обговорення способів захисту металів від корозій;
Практичне значення корозії та способів захисту у житті людини;
Підбиття підсумків уроку вчителем;
Пояснення домашнього завдання.
Підготовка до роботи учнів
За тиждень до теми «Корозія металів» учитель видає завдання: знайти в Інтернеті, науковій літературі, ЗМІ тощо. статті про корозію На попередньому уроці вчитель розповідає, що таке кейс. Видається кожному учню пам'ятка про виступ біля дошки. Правила роботи у команді вивішуються у кабінеті хімії та видаються капітанам команд. Капітани заздалегідь знайомлять із правилами членів своїх команд. Команди групуються наперед учителем.
Пам'ятка капітану команд та його групі
Уважно прочитайте кейс.
Дайте відповідь на запитання в завданні.
Запишіть рівняння всіх можливих реакцій, описаних у кейсі.
Розподіліть виступ між усіма членами команди.
Нагадуємо!Якщо хтось із учасників групи не виступав, то буде знижено відмітку всій команді.
Етапи уроку
Основні дидактичні завдання етапу
Форми організації діяльності учнів
Методи навчання та прийоми навчання
Засоби навчання
Приблизний час
Організаційний
етап
Підготовка до роботи:
Організаційна;
Психологічна.
формування груп для роботи з кейсами
фронтальна
групова
Словесно – наочні
Навчальна презентація
1 хв .
Встановлення правильності, повноти та усвідомленості виконання д/з: повторення хімічних властивостей металів.
фронтальна
бесіда
3 хв
Етап освоєння нових знань та умінь:
1. Інформаційне запровадження вчителя
Забезпечення мотивації та прийняття мети уроку;
Актуалізація суб'єктного досвіду (особистісних смислів, опорних знань та способів дій, ціннісних відносин).
групова
Частково – пошуковий, словесний: розмова – дискусія, складання плану роботи групи
ТЗН: мультимедійний комп'ютер, проектор, екран;
Навчальна презентація – Слайд. Корозія металів
2 хв
2. Робота учнів із кейсом
Забезпечення сприйняття, осмислення та первинного запам'ятовування матеріалу, що вивчається;
сприяння засвоєнню способів, засобів, які призвели до певного висновку;
Створення умов засвоєння методики відтворення досліджуваного матеріалу.
фронтальна
1. Частково – пошуковий, словесний: розмова про види корозії металів
ТЗН: мультимедійний комп'ютер, проектор, екран;
Навчальна презентація – Слайд. Види корозії металів
8 хв
Етап закріплення нових знань та умінь
Забезпечення закріплення у пам'яті знань та способів діяльності, необхідних для самостійної роботи;
Забезпечення підвищення осмислення вивченого матеріалу, глибини його розуміння.
2. Робота з кейсом «Корозія металів» у малих групах
Кейс «Корозія металів»
15 хвилин
Етап узагальнення та систематизації
Забезпечення формування цілісної системи знань учнів про корозію металів, способи захисту металів від корозії;
Забезпечення формування в учнів умінь застосовувати знання та способи впливу на рівнях: репродуктивному, продуктивному та творчому.
Групова, колективна
Частково – пошуковий: дискусія
12 хв
Етап рефлексії
Створення умов для осмислення та переосмислення:
Власних знань;
Власних умінь;
своєї діяльності;
Взаємодія з однокласниками та вчителем
індивідуальна
Частково – пошуковий, практичний: оцінка власних знань, умінь, своєї діяльності
анкети для учнів
2 хв.
Етап підбиття підсумків
Дати якісну оцінку роботи класу та окремих учнів
Групова
словесний
Усні питання вчителя;
1 хв
Етап інформації про домашнє завдання
Забезпечення розуміння учнями цілей, змісту та способів виконання д/з;
Індивідуальний підбір змісту д/з з метою закріплення та корекції знань, умінь та способів діяльності.
індивідуальна
Творчий: індивідуальне складання домашнього завдання
1 хв
Хід уроку.
Організаційний етап.
За тиждень до уроку учням було видано завдання – Знайти цікаві факти про корозію металів. Використовуючи наукову літературу, ЗМІ, Інтернет. На основі отриманої інформації вчителем було сформовано кейс «Корозія металів». На цьому етапі уроку формуються групи до роботи з кейсом.
II. Етап перевірки виконання домашнього завдання.
На попередньому уроці учні вивчали тему Хімічні властивості металів. На цьому етапі перевіряється знання загальних хімічних властивостей металів, електрохімічного ряду напруги металів.
Навчальним пропонується обговорити такі вопросы:
1. Як умовно діляться метали у низці активності?
2. Як це впливає їх взаємодія?
3. З якими речовинами метали взаємодіятимуть?
4. З якими речовинами не взаємодіятимуть метали, розташовані в ряду активності після водню?
Етап освоєння нових знань та умінь.
Інформаційне запровадження вчителя.
Вчитель пропонує розглянути слайди з картинками корозії металів. Навчальним пропонується обговорити явище корозії металів та сформулювати визначення поняття «корозія». А також учні разом із учителем формулюють тему, визначають цілі уроку та складають план уроку. Вчитель розповідає учням про види корозії: хімічну та електрохімічну (Слайд. Види корозії). У розмові з учнями з'ясовуються чинники, що призводять до хімічної та електрохімічної корозії.
2. Робота учнів із кейсом.
Учні самостійно вивчають вміст кейсу та виконують завдання по картці, яка заздалегідь видається капітанам команд.
Етап закріплення нових знань та умінь.
На даному етапі учням пропонується робота з кейсом «Корозія металів» у малих групах (3-4 особи)
Кейс «Корозія металів»
Мета роботи: закріпити знання про корозію металів, види корозії металів, способи захисту металів від корозії.
Завдання.
Уважно прочитайте цікаві факти щодо корозії металів.
Визначте, у яких фактах йдеться про хімічну корозію. Аргументуйте свій вибір.
Визначте, у яких фактах йдеться про електрохімічну корозію. Аргументуйте свій вибір.
Випишіть хімічні формули речовин, дія яких викликає корозію металів.
Складіть рівняння хімічних реакцій.
Запропонуйте заходи щодо запобігання корозії та способи захисту металів від корозії.
Кейс №1
ПРИЧИНИ ТА АНАЛІЗ АВАРІЙ ЧЕРЕЗ КОРОЗІЇ ОБЛАДНАННЯ ТА КОМУНІКАЦІЙ У ВАТ "ОРЕНБУРГНАФТА" ( _)
При розгляді нафтогазопромислового обладнаннякорозії, в першу чергу, піддаються: обсадні колони (обсадні труби та муфтові з'єднання); насосно-компресорні труби добувних та нагнітальних свердловин; глибинні насоси (переважно при експлуатації свердловин за допомогою ШСНУ); насосні штанги під час експлуатації за допомогою ШСНУ; система збору та транспорту продукції свердловин на промислах (викидні лінії, нафто- та газопроводи); система підготовки нафти, газу та води; обладнання системи МВДта водоводи ; нафтопромислові резервуари . Найбільші проблеми, що стосуються корозії нафтогазопромислового обладнання, пов'язані із системою збирання та транспортування продукції свердловин. У ВАТ "Оренбургнафта" в експлуатації знаходиться близько 8 тис. км трубопроводів різного призначення, у тому числі: збірні нафтопроводи та викидні лінії -4925 км; нафтопроводи для транспорту нафти – 653,210 км; газопроводи для транспорту газу – 844 км; водоводи стічних вод високого тиску – 668 км; водоводи стічних вод низького тиску -1060 км. Основні трубопроводи, що транспортують нафту та газ, мають діаметри від 168 до 1020 мм та товщину стінок від 6 до 11 мм. Матеріалом труб є сталь марок СтЮ та Ст20, за ГОСТ 8731-74.
Аналіз даних показує, що третина всіх трубопроводів перебуває в експлуатації понад 15 років та дві третини трубопроводів – понад 10 років. Багаторічний термін експлуатації докорінно впливає на надійність трубопроводів. У 2012 р. у ВАТ "Оренбургнафта" сталося 2875 поривів трубопроводів, із загальної кількості аварій яких припадає: на водоводи 43,5%; на викидні лінії 288%; на газопроводи 1,2%. Близько 90% аварій на водоводах та 7% відмов викидних ліній сталося через внутрішній корозії труб.
Ступінь впливу нафтопромислових середовищ на сталеве обладнання залежить не тільки від самого металу, що корродує, але в основному і від складу і фізико-хімічних властивостей продукції свердловин. При видобуванні нафти з продуктивного пласта на поверхню витягується газорідинна суміш, що складається з нафти, газу та води. До основних корозійно-активних агентів відносяться сірководень, кисень, діоксид вуглецю, низькомолекулярні компоненти нафти.
Нафта – неполярна рідина, але деякі її компоненти: кисень, сірководень, діоксид вуглецю, важкі метали надають їй властивості, близькі до слабополярних діелектриків, які сприяють її корозійній активності. Крім складу та фізико-хімічних властивостей нафти на характер та ступінь корозійного впливу також впливають умови залягання нафти у поклади, системи та стадія розробки та способи експлуатації свердловин.
Пластові води нафтових родовищ є концентрованими розчинами солей і, як правило, мають нейтральний рН.
Якщо у воді є сірководень, діоксид вуглецю або кисень з різних джерел, то корозійна активність різко зростає.
За ступенем агресивності впливу на корозійний процес найбільше впливає сірководень і діоксид вуглецю, тому що при розчиненні у воді в результаті дисоціації, дає кисле середовище. Внаслідок цього йде процес руйнування металу. Практика експлуатації водоводів системи ППД показала, що з перекачуванні агресивних стічних вод термін служби водоводів до заміни вбирається у 5-6 років, тобто. нижче за нормативні строки в два-три рази. При цьому середня за останні п'ять років питома частота поривів водоводів вдвічі перевищує цей показник для нафтопроводів. За наявності у ВАТ "Оренбургнафта" понад 1700 км водоводів стічних вод високого тиску, якими щорічно перекачується понад 21000 тис. м 3 агресивної рідини, проблема боротьби з корозією водоводів набуває актуального значення.
Щороку розробляється комплексна "Програма інгібіторного захисту нафтопромислового обладнання та трубопроводів від корозії", яка включає: проведення науково-дослідних робіт з вибору способів боротьби з корозією та пошуку найбільш ефективних інгібіторів корозії, стосовно умов нафтових родовищ Оренбурзькій області; проведення дослідно-промислових робіт на свердловинах; розробку нового обладнання та високоефективних технологій.
Кейс №2.Японський булат
Японський булат мав якусь незвичайну якість заліза, яка після цілого ряду проковок набувала навіть більш високу твердість і міцність, ніж дамаська сталь. Мечі і шаблі, виготовлені з цього заліза, відрізнялися дивовижною в'язкістю і незвичайною гостротою.
Вже нашого часу було зроблено хімічний аналіз сталі, з якої виготовлено японську зброю XI–XIII століть. І давня зброя розкрила свою таємницю: у сталі знайшли молібден. Сьогодні добре відомо, що сталь, легована молібденом, має високу твердість, міцність і в'язкість. Молібден - один із небагатьох легуючих елементів, добавка якого в сталь викликає підвищення її в'язкості та твердості одночасно. Всі інші елементи, що збільшують твердість та міцність сталі, сприяють підвищенню її крихкості.
Природно, що в порівнянні з дамаськими мечами, виготовленими із заліза та сталі, що містить 0,6–0,8 % вуглецю, японські мечі та шаблі здавалися дивом. Але чи це означає, що японці вміли в той далекий час робити леговану сталь? Звичайно, ні. Що таке легована сталь, вони навіть не знали, як і не знали, що таке молібден. Метал молібден було відкрито значно пізніше, наприкінці XVIII століття шведським хіміком До. У. Шееле.
Очевидно, справа була така. Японські майстри отримували кричне (відновлене) залізо із залізистих пісків розсипних родовищ. Ці руди були бідні на залізо, і вміст шкідливих домішок в одержуваній з них стали досить високим. Але піски, окрім оксидів заліза, містили легуючі елементи. Вони й забезпечували металу високий рівень властивостей.
Очевидно, японські майстри випадково помітили: якщо брати руду в якомусь певному місці, то сталь, виготовлена з неї, має особливу якість, а клинки з такої сталі виходять міцними і гострими. Вони й не підозрювали, що це явище спостерігалося тому, що у залізних рудах, які вони використовували, містився окис молібдену – молібденіт – та домішки рідкісноземельних металів.
Виплавлене з «пісків» кричне залізо проковувалося в лозини і закопувалося в болотисту землю. Час від часу прути виймали і знову закопували, і так протягом 8–10 років. Насичена солями та кислотами болотна вода роз'їдала пруток і робила його схожим на шматок сиру. Майстри саме цього й прагнули. Але навіщо це їм треба було?
Справа в тому, що в процесі корозії пористого залізного прутка насамперед роз'їдалися і випадали у вигляді іржі частинки металу, що містять шкідливі домішки. Залізо з розчиненими у ньому легуючими добавками довше протистояло корозії і тому зберігалося. Крім того, отриманий ніздрюватий пруток мав розвинену поверхню і при подальшому навуглерожуванні забезпечував ще до кування складне переплетення вуглецевої сталі та м'якого заліза. Це переплетення ще більше ускладнювалося у процесі подальшої багаторазової деформації у гарячому стані.
Розкутий у смугу сплав майстер згинав, складав удвічі, розковував у гарячому стані і знову складав, як листкове тісто. Зрештою число найтонших верств у «шарованому пирізі» досягало часом кількох десятків тисяч. Ми вже знаємо, наскільки така операція зміцнює метал за рахунок утворення колосальної кількості клубків дислокації та величезного збільшення їхньої щільності. Наступне загартування клинків закріплювало високі властивості, властиві молібденової сталі. Так на зорі металургії в Японії отримували природно-леговану сталь, зміцнену пластичною деформацією та термомеханічною обробкою.
Кейс №3Ейфелева вежа.
У 1889 році французький інженер А. Ейфель створив проект своєї знаменитої вежі в Парижі, яку мали спорудити зі сталевих ферм. Рішення про її будівництво довго не приймалося, оскільки багато металургів передбачали, що вона простоїть лише 25 років, а потім звалиться через корозію сталі. Ейфель гарантував міцність споруди лише на 40 років. Як відомо, Ейфелева вежа в Парижі коштує вже близько 100 років, але це тільки тому, що її ферми постійно покриті товстим шаром фарби. На фарбування вежі, яка виробляється раз на кілька років, йде 52 тонни фарби. Вартість її давно перевищила вартість самої споруди!
Фарбування будівельних конструкцій, що працюють в атмосферних умовах - дороге задоволення і відволікає багато малопродуктивного робочого часу. У той же час відомі випадки, коли залізні вироби дуже довго служили без фарбування і не зазнавали жодної корозії. Про сталеві балки церкви в уральському місті Катав-Івановську ми вже розповідали. Широко відомі також перила сходів на набережній річки Фонтанки у Ленінграді. Зроблені в 1776 році з російського зварювального заліза, вони простояли незабарвленими просто неба в умовах вологого клімату понад 160 років. Академік А. А. Байков, який досліджував залізні деталі цих перил, дійшов висновку, що ймовірною причиною високої корозійної стійкості металу є тонкий поверхневий шар окислів.
Аналогічне зварювальне залізо знайдено у Свердловську. Дах однієї з будівель цього міста, викладений покрівельним залізом ще за часів Демидова, жодного разу не оновлювався, а саме залізо тривалий час майже не зазнавало корозії. Хімічним аналізом було встановлено, що ленінградські перила містять підвищений вміст фосфору, а свердловська покрівля – фосфору та міді!
Подібне залізо знаходили й у Європі. Так, у стокгольмському соборі Сторкіркан, побудованому в другій половині XV століття, бронзове «семисвічя» підтримує залізний стрижень. Довжина його 3,5 м, поперечний переріз біля основи 50Х50 мм. Стрижень виготовлений із окремих шматків кричного заліза, зварених гарячим куванням під силікатним шлаком. Досліджені зразки заліза від цього стрижня характеризувалися високою концентрацією фосфору (до 0,074%). В областях із підвищеною концентрацією фосфору виявлено високу твердість металу.
(Ю.Г. Гуревич. Загадка булатного візерунка)
Кейс №4
Знаменита залізна колона в Делі. Як відомо, вона створена індійськими металургами 415 року нашої ери на честь перемоги одного з імператорів династії Гупта. Її висота – 7,2 м, діаметр біля основи – 420 мм і у вершини – 320 мм. Колона стоїть вже понад 1500 років, і слідів корозії (окислення) на ній не видно. Аналогічна колона ще більших розмірів, побудована III столітті, височить в індійському місті Дхар.
Яких тільки припущень не робили металурги, щоб пояснити незвичайну атмосферостійкість заліза, з якого виготовлені індійські колони! Висловлювалося припущення, що колони виготовлені із цілих шматків метеоритного заліза. Відомо, що воно добре чинить опір корозії. Але у метеоритному залозі завжди знаходили нікель, а в залозі індійських колон нікелю не виявили. Тоді припустили, що колона виготовлена з найчистішого заліза, отриманого на особливому паливі. Справді, вміст заліза в делійській колоні – 99,72 %, дхарській – набагато менше, але й вона сотні років не зазнає корозії.
Висловлювалося думка, що стійкість індійських залізних колон пояснюється сухим та чистим повітрям місцевості, де вони встановлені. Інші дослідники стверджували, що в атмосфері колись був підвищений вміст аміаку, який у субтропічному кліматі Індії дозволив одержати на поверхні колони захисний шар нітридів заліза. Інакше кажучи, колони нібито азотовані самою природою.
Відомі і оригінальніші погляду: оскільки колони вважалися священними, їх обливали запашними маслами, і тому вони не іржавіли. Є навіть припущення, що на колони споконвіку залазили голі індійські дітлахи, а пізніше про них «терлися» туристи. Тому колони постійно змащувалися шкірним жиром!
Очевидно, все набагато простіше. В індійських колонах знайдено трохи міді та підвищений вміст фосфору. У залозі делійської колони його 0,114-0,180%, а в дхарській ще більше - 0,280%. У звичайному зварювальному залозі фосфору буває трохи більше 0,05 %, тоді як атмосферостойкая фосфориста сталь (читач знає) містить до 0,15 % фосфору. Надто вже близький вміст фосфору в індійських колонах до змісту його в сучасній атмосферостійкій сталі. Чи не цим пояснюється той факт, що на поверхні колон утворилися стійкі окисні плівки, що оберігають залізо від подальшої корозії?
Є дані, що верхня, недоступна людині, частина колони мала бронзовий відтінок, завдяки чому деякі спостерігачі приймали навіть матеріал колони за мідний сплав. Інші говорять про синювато-коричневу або синювато-чорну плівку оксидів, що покривають верх колони. Таким чином, і окисні плівки за своїм зовнішнім виглядом дуже нагадують захисну оболонку атмосферостійкої сталі "кор-тен".
З наведених фактів випливає: японський булат - не єдина природно-легована сталь, що виготовлялася у минулому. Індійські та російські металурги теж знаходили залізні руди, з яких отримували природно-леговані чавуни та сталі. Але чи відрізняються механічні властивості природно-легованої сталі від сучасних сталей, легуючі елементи яких вносяться під час плавки шляхом добавки до рідкого металу необхідної кількості твердих феросплавів? Виявляється, відрізняються. Властивості природно-легованих сталей набагато вищі.
(Ю.Г. Гуревич. Загадка булатного візерунка)
Кейс №5
Морська вода – чудовий електроліт. Морська вода добре аерована (близько 8 мг/л кисню). Середовище - нейтральна (рН = 7,2 - 8,6). У морській воді є солі кальцію, калію, магнію, сульфати натрію, хлориди.
Саме через наявність у морській воді розчинених хлоридів (іонів-активаторів Cl - ) вона має депасивну дію, по відношенню до металевої поверхні (руйнує і запобігає появі пасивних плівок на поверхні металу).Морської корозії зазнають: металева оббивка днищ суден, підводні трубопроводи, морська авіація, різні металоконструкції, що у воді, металеві конструкції в портах, прокатні валки на блюмінгу, що охолоджуються морською водою тощо.
Майже всі книги, особливо популярні, за корозією металів описують випадок, що стався у 20-х роках поточного століття США. Один з американських мільйонерів, не шкодуючи грошей, вирішив збудувати найшикарнішу яхту. Її днище було обшите дорогим монель металом (сплав 70% нікелю та 30% міді), а кіль, форштевень та раму керма виготовили зі сталі. У морській воді у підводній частині яхти утворився гальванічний елемент із катодом із монель металу, а анодом із сталі. Він настільки енергійно працював, що яхта ще до завершення оздоблювальних робіт вийшла з ладу, жодного разу не відвідавши моря. Цікаво, що яхті було надано ім'я «Поклик моря».
Ватерлінія
Ватерлінія – зона періодичного змочування водою. Морська корозія поблизу ватерлінії завжди має посилений характер. Це з полегшеним доступом кисню до поверхні (посиленої аерацією поверхні металу); агресивним впливом бризок (на місці висохлих бризок залишаються кристали солі, які перешкоджають утворенню захисних плівок); поверхневий шар морської води більш прогрітий сонячними променями та в умовах посиленої аерації йде посилення .
(okorrozii.com Морська корозія)
Кейс №6
З погляду корозії автомобіль – це якась субстанція, виготовлена з тонких листів заліза невисокого. . Конструкційні особливості даної споруди такі, що після закінчення складання в ньому утворюється велика кількість прихованих порожнин, що погано провітрюються, здатних чудово накопичувати вологу, пил, бруд - це раз! Вся машина зверху донизу наскрізь поцяткована звареними та вальцьованими з'єднаннями, кріпильними та дренажними отворами – це два! При цьому не варто забувати і про важко навантажені ділянки конструкції, що відчувають на собі постійний вплив знакозмінних і пульсуючих механічних напруг, що призводять до появи в цих місцях передчасної втоми металу з неминучою корозійно-іржавим фіналом - три! Ну, хіба можна не любити автомобіль за все це? Зрозуміло, іржі і виключно у гастрономічному значенні цього слова.
Отже, з усього вищесказаного однозначно випливає те, що, навіть не зважаючи на фактор агресивного дорожнього середовища, кузов будь-якого автомобіля рясніє «слабкими» з погляду корозійної стійкості місцями і вимагає захисту. А після того, як він вирушить у шлях, де його зустрінуть бруд, вода, сіль, каміння, що летять з-під коліс, вибоїни, коли він буде змушений стійко переносити всі екологічні та кліматичні мінливості того чи іншого регіону, справлятися з всілякими механічними і температурними навантаженнями, все це разом узяте і з урахуванням моменту часу здатне «укатати» будь-яку техніку.
IV. Етап узагальнення та систематизації знань.
На цьому етапі обговорюються питання завдань. Групи виступають із пропозиціями щодо захисту металів від корозії.
Етап рефлексії.
Учні індивідуально відповідають на запитання: Чи можуть знадобитися знання, отримані сьогодні на уроці у вашому житті? Наведіть приклади.
Етап підбиття підсумків.
На цьому етапі учні та вчитель оцінюють роботу груп.
Етап інформації про домашнє завдання.
Домашнє завдання. Продовжіть роботу з розширення кейсу «Корозія металів»: знайдіть у ЗМІ або в Інтернеті реальний факт, в якому описується дія корозії на метали. Запропонуйте дії щодо запобігання корозії та захисту металів від корозії.
2014-05-22
Корозія є дуже руйнівною формою окислення (тобто реакцією з киснем), що відбувається в залізі та металах, що містять залізо. Іржа утворюється у вигляді помаранчевої речовини на залозі, послаблюючи її і метал наприкінці розпадається. Інші метали окислюються з утворенням сполук. У таких випадках процес відомий як корозія, а чи не іржа. Іржа конкретний тип корозії, яка відбувається тільки тоді, коли є залізо.
Іржа є загальною назвою для з'єднання заліза званого оксидом, який є поєднанням заліза і кисню. Кисень є в повітрі і не реагує із залізом, тому що він поєднується з іншими частинками кисню, але коли вода вступає в контакт із залізом вона поєднує з діоксидом вуглецю в повітрі з утворенням кислоти, яка розчиняє залізо та розщеплює воду. Вільний кисень потім може взаємодіяти із залізом з утворенням оксиду заліза – іржі. Цей процес звільняє електрони, дозволяючи їм переходити в інший шматок металу або в іншу точку, де відбувається подальша корозія.
Залізо іржавіє швидше при дії морської води або солей, ніж коли вона перебуває в контакті із чистою водою. Це через присутність натрій-хлорид іонів, які добре проводять струм і які прискорює процеси іржі.
Нанесення покриттів на метали захисними фарбами може допомогти запобігти окисленню, але іржа може з'явитися будь-де що фарба подряпана. Процес головування цинком металів, створює захисний шар і запобігає корозії шляхом уповільнення процесу корозії, і корозує замість нього. Такий захист використовується для запобігання корозії на суднах та підземних трубах. Магній схожий на цинк за сприйнятливістю до корозії і часто використовується таким же чином.
