Практичне виконання завдання.
Корозія металів
викладач хімії та біології ДБОУ НВО РВ ПУ № 61 імені Героя Радянського Союзу Вернігоренко І.Г.
- з'ясувати, що таке корозія, її види, механізм (з прикладу корозії заліза), засоби захисту від корозії;
Відпрацювати вміння виконувати експеримент, робити висновки з побаченого, складати напівреакції окислення та відновлення виходячи із становища металів у електрохімічному ряді напруг.
Цілі уроку
- - Реакції, що протікають зі зміною ступенів окислення елементів, називаються ….
- елемент, що підвищує ступінь окиснення в результаті реакції, називається …
- процес приєднання електронів називається ….
- окисно-відновний процес, що протікає на електродах при проходженні постійного електричного струму, називається …
- катод заряджений.
- на аноді йде процес …
- при електролізі розплаву броміду калію на катоді відновлюється …
- при електролізі розплаву гідроксиду калію на аноді виділяється газоподібний …
- визначити окислювач та відновник у схемі реакції:
Zn + AgNO 3 - Zn (NO 3 ) 2 + Ag
Хімічний диктант
В даний час ми є свідками руйнування архітектурних споруд та конструкцій.Від кислотних дощів катастрофічно страждають пам'ятники (будівлі та скульптури), виконані з вапняку чи мармуру.
Слово корозія походить від латинського corrodere, що означає роз'їдати. Корозією називають мимовільний процес руйнування матеріалів та виробів з них під хімічним впливом навколишнього середовища.
Корозія
А) гази (O 2 ,SO 2 , H 2 S, Cl 2 , NH 3 , NO, NO 2 , H 2 O-пар і т.д.); сажа – адсорбент газів;
Б) електроліти: луги, кислоти, солі;
В) іони Сl - , вологість повітря;
Г) макро- та мікроорганізми;
Е) блукаючий електричний струм;
Ж) різнорідність металів.
Причини корозії
КОРОЗІЯ - Іржавий щур,
ГРИЗЕТ МЕТАЛЕВИЙ ЛОМ,
У ШЕФНЕР
4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3
Корозійні процеси
Корозія
Хімічна
Електрохімічна
Види корозії
Корозія металів
За характером руйнувань
За видом корозійного середовища
За процесами
Електрохімічна
Рівномірна
Ґрунтова
Нерівномірна
Хімічна
Рідина
Атмосферна
Класифікація
Хімічна корозія обумовлена взаємодією
металів із сухими газами або рідинами,
не провідними електричного струму
Як правило, протікає
Продукти корозії утворюються безпосередньо у місцях зіткнення металу з агресивним середовищем
при підвищених
температурах
Корозійно-активні середовища
Швидкість корозійного процесу визначається не тільки природою металу, а й властивостями продуктів, що утворилися.
Оксидна плівка
Міцна, захисна
Пухка
Al 2 O 3 , ZnO, NiO, Cr 2 O 3, TiO 2
FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4
Хімічна корозія
Електрохімічна корозія здійснюється за рахунок
електрохімічних реакцій, що відбуваються
на поверхні металу, що знаходиться в контакті
із розчином електроліту. Вона супроводжується
виникненням електричного струму
Приклад контактної корозії
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2 , Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Ослаблення відновлювальних властивостей, активності
Електрохімічний ряд напруг металів
СУЦІЛЬНА
не становить особливої небезпеки для конструкцій та апаратів особливо у тих випадках, коли втрати металів не перевищують технічно обґрунтованих норм. Її наслідки можуть бути порівняно легко враховані.
МІСЦЕВА
втрати металу невеликі. Найбільш небезпечна - точкова корозія (освіта наскрізних поразок, точкових порожнин - так званих піттингів. Місцевої корозії сприяють морська вода, розчини солей, зокрема галогенідних (хлорид натрію, магнію та ін.). Небезпека місцевої корозії у тому, що, знижуючи міцність окремих ділянок, вона різко зменшує надійність конструкцій, споруд, апаратів.
Корозія металів
Цинкову гранулу опускаємо у розчин соляної кислоти. Спостерігаємо виділення водню.
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
Спочатку реакція протікає швидко, а потім поступово сповільнюється. Це зумовлено тим, що іони цинку переходять у розчин і утворюють на поверхні металу шар позитивно заряджених іонів. Цей шар є бар'єром, що перешкоджає проникненню однойменно заряджених іонів водню до металу. Крім того, при розчиненні цинку в його кристалічній решітці накопичуються електрони, які ускладнюють подальший перехід поверхневих іонів цинку в розчин. Це призводить до уповільнення взаємодії цинку з кислотою.
Досвід №1.
До цинку торкаємось мідним дротом – розчинення цинку посилюється.
Це так: мідь у ряді напруг металів знаходиться за воднем і з кислотами, у яких окислювачем є іони водню, не взаємодіють. Тому в кристалічній решітці міді вільні електрони не накопичуються. При контакті цих двох металів вільні електрони цинку переходять до міді та відновлюють іони водню:
2Н + + 2е = Н 2 0
В цьому випадку поряд з хімічними процесами (віддача електронів) протікають і електричні (перенесення електронів від одного металу до іншого).
Звільнившись від надлишкових електронів цинк знову окислюється:
Zn 0 - 2e = Zn 2+
Крім цього, поверхневі іони цинку тепер не утримуються електростатичним тяжінням електронів і розподіляються по розчину, тому цинк у контакті з міддю розчиняється швидше. Таким чином посилення корозії цинку в контакті з міддю пояснюється виникненням короткозамкнутого гальванічного елемента. У якому цинк виконує роль анода, а мідь – катода.
Досвід №2.
Мідну та цинкову пластинки в розчині НСl з'єднуємо провідником, спостерігаємо виділення водню на мідній платівці.
Анод (Zn): Zn 0 – 2e – Zn 2+
Катод (Сu): 2H + + 2e - H 2 0
Аналогічно відбувається корозія металів, які неоднорідні та містять домішки. У присутності електроліту одні ділянки поверхні металу грають роль анода, інші – катода.
На катоді відбувається окислення атомів металу: 0 - ne = Me n+
При цьому на металі залишаються надлишкові електрони. Роль анода виконує активніший метал.
На катоді відбувається прийняття електронів, які надходять з анода, будь-яким окислювачем. У кислотах як окислювач виступають іони водню. У нейтральному середовищі як окислювач переважно виступає розчинений кисень, тоді на катоді протікає процес: 2 + 4е + 2Н 2 О = 4ОН -
Досвід №3.
1. Легування металів, тобто. одержання сплавів, які стійкі до корозії
2. Ізоляція металу від довкілля досягається застосуванням захисних покриттів. Розрізняють три види покриттів: (Лаки, фарби, емалі); хімічні покриття (фосфатні, оксидні, нітридні); металеві (нікелювання, хромування, лудіння – покриття оловом). Розрізняють катодні та анодні покриття. Якщо метал, що захищається, покритий менш активним металом, то це – катодне покриття, наприклад залізо вкрите оловом. За порушення цілісності катодного покриття виникає гальванічний елемент, у якому анод – залізо руйнується, а катод – олово – залишається захищеним. Якщо метал, що захищається, покритий більш активним металом, то це анодне покриття, наприклад залізо вкрите цинком. За порушення цілісності анодного покриття виникає гальванічний елемент, де анод – цинк – руйнується, а катод – залізо – залишається захищеним.
Протекторний захист. До металевої конструкції, що захищається
приєднують листи (протектори) більш активного металу. Протектор руйнується, оберігаючи метал, що захищається. Даним способом захищають трубопроводи та ємності під землею, корпуси суден та корабельних гвинтів у морській воді.
4. Зміна властивостей агресивного середовища. Досягається двома способами: 1) видалення з агресивних середовищ речовин, які посилюють корозію металів, наприклад кисень кип'ятінням; 2) додаванням до агресивного середовища речовин, які уповільнюють корозію (інгібітори).
Способи захисту металів від корозії .
Цинкова пластинка опускається в посудину з інгібованою соляною кислотою. Реакція не відбувається. Інгібіторами можуть бути сечовина, сульфіт натрію, тіосульфат натрію, нітрит натрію, фосфати, карбонати, силікати.
Досвід №4.
Контрольні питання:
1. Дайте визначення корозії металів.
2. Які види корозії металів вам відомі?
3. Що сприяє процесу корозії?
4. Розгляньте процес корозії при контакті заліза з активнішим металом. Напишіть рівняння реакцій окиснення та відновлення.
4. Знаючи, що таке корозія і що їй сприяє, запропонуйте способи боротьби з корозією залізних виробів як найпоширеніших.
5. Які засоби боротьби з корозією вам відомі?
6. Особливий інтерес представляє протекторний захист. На чому ґрунтується її дія? Який її недолік?
7. На чому засновано катодний захист?
Закріплення знань
Зруйнувати простіше, ніж збудувати. Втратити набагато легше, ніж знайти. Боротися із корозією нелегко, але можливо. І один із численних доказів цього – Ейфелева вежа (слайд 38), яку будували в розрахунку на те, що прослужить вона років тридцять і її знесуть. А вона вже друге століття прикрашає собою Париж.
Підсумки уроку
1. Для господарських потреб вам необхідно придбати два залізні відра. У господарському магазині опинилися два відра двох видів: оцинковане (залізо оцинковане) і луджені (залізо вкрите оловом). Яке з цих відер прослужить довше? Якому виду ведер ви віддасте перевагу? Дайте відповідь.
2. Ви – слюсар. На сталеву деталь (сталь переважно містить залізо та вуглець до 2%) поставили мідну заклепку. Чи знаєте ви, що раніше зруйнується: деталь чи заклепка? Дайте відповідь.
3. До стінок парового котла, корпусу судна приварюють листи активнішого металу (цинку, магнію). Який метал руйнуватиметься в першу чергу? Дайте відповідь.
4. Одна залізна пластина покрита магнієм, а інша міддю. На якій платівці утворюється іржа за порушення цілісності покриття? Дайте відповідь.
Творчі завдання.
Підручник «Хімія» для професій НУО та СПО технічного циклу О.Г. Габрієлян, І.Г. Остроумов, М., «Академія» 2014, 256 с. Стор.
Робочий зошит «Метали та неметали»: кросворд № 1 стор. 27;
Домашнє завдання
Причини корозії металів. 1. Наявність у зовнішньому середовищі агресивних компонентів (кисню, води, оксидів сірки, оксидів вуглецю, водних розчинів солей та кислот). 3. Проходження у зовнішньому середовищі фізико-хімічних процесів (розчинення, електролізу). 4. Адсорбція поверхнево-активних речовин. 5. Різна активність металів у ряді напруги. 6. Вплив біологічних об'єктів. 1. Наявність домішок у металах, їх неоднорідність.
Класифікація корозійних процесів. Корозія металів За видом корозійного середовища За процесами За характером руйнувань - газова - атмосферна - ґрунтова - рідинна (кислотна, сольова, лужна) лужна) - хімічна - електро- хімічна - рівномірна - нерівномірна - нерівномірна (виборча, (виборча, місцева) місцева)
Хімічна корозія металів. Взаємодія металів із сухими газами та рідинами – неелектролітами викликає хімічну корозію. Такий вид корозії піддаються турбіни, арматура печей, деталі двигунів внутрішнього згоряння. Насправді цей вид корозії рідкісний. Сутність корозії: Meº - nē Me+n Перехід атома металу в іонний стан.
При хімічній корозії йде окислення металу без виникнення ланцюга електричного струму: 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (FeOFe 2 O 3) Оксидна плівка заліза дуже пухка і не прилягає щільно до поверхні металу, тому кисень проникає все далі і далі, корозія йде до повного руйнування предмета. 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 На поверхні алюмінію цей процес сприятливий, т.к. оксидна плівка щільно прилягає до металу і немає подальшого допуску кисню до металу. Хімічна корозія.
Електрохімічна корозія Електрохімічна корозія Електрохімічна корозія - це всі випадки корозії, що йдуть у присутності води та рідин-електролітів. 1. Процес відбувається при дотику двох металів або на поверхні металу, що містить домішки. 2. Більш активний метал(анод) руйнується. 3. Швидкість корозії тим більше, чим сильніше відрізняються метали (що далі один від одного розташовані в ряді напруг).
Умови, що сприяють електрохімічній корозії. 1. Чим далі один від одного в ряду активності розташовані метали, що контактують, тим швидше і активніше йде корозія. 2. Прискорюють корозію: домішки, нерівності поверхні та тріщини, підвищення температури. 3. Дія агресивного зовнішнього середовища (морська вода, ґрунтові води, середовище електроліту). 4. Дія мікроорганізмів (гриби, бактерії, лишайники).
Негативні наслідки корозії. 1. Викликає серйозні екологічні наслідки при витоку нафти, газу та інших хімічних продуктів. 2. Неприпустима у багатьох галузях промисловості: авіаційної, хімічної, нафтопереробної, атомного машинобудування. 3. Негативно впливає на життя та здоров'я людини.
Основні засоби захисту металів від корозії. Приготування сплавів, стійких до корозії: Заміна металевих предметів на вироби з нержавіючої сталі та інших сплавів, корозійно-стійких. Зміна складу середовища Додавання інгібіторів Деаерація – видалення розчиненого повітря із води
Узагальнення, висновки. 1. Корозія – окислювально – відновлювальний процес. 2. Корозія буває хімічною та електрохімічною. 3. У разі електрохімічної корозії завжди утворюється електричний струм. 4. Більш активний метал виступає у ролі анода; менш активний – катода.
1. Усі метали головних підгруп I та II ПСХЕ Д. І. Менделєєва мають малу корозійну стійкість. 2. Метали побічної підгрупи ІІ групи, ІІІ головної підгрупи – утворюють захисну оксидну плівку. 3. Метали IV групи – стійки до корозії. 4. Метали V, VI, VII, VIII груп побічних підгруп здатні пасивації. 5. Найбільш стійкі метали VIII групи побічної підгрупи. Активність металів за групами ПСХЕ.
