Коррозионные свойства металлов. Общие свойства металлов. Коррозия Распространение металлов в природе

К химическим свойствам следует отнести способность металлов сопротивляться окислению или вступать в соединения с различными веществами: кислородом воздуха, влагой (металлы, соединяясь с кислородом и водой, образуют основания (щелочи)), углекислотой, и д.р. Чем лучше металл вступает в соединения с другими элементами, тем легче он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием окружающей среды при обыкновенной температуре называется коррозией металлов .

К химическим свойствам металлов относится способность образовывать окалину при нагреве в окислительной атмосфере, а также растворяться в различных химически активных жидкостях: кислотах, щелочах и т.п. Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называются жаростойкими (окалиностойкими).

Способность металлов сохранять в условиях высоких температур свою структуру, не размягчаться и не деформироваться под воздействием нагрузки называется жароупорностью.

Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяется по изменению веса испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.

Коррозия металлов . Словом «коррозия» (по-латыни – «разъедание») принято обозначать широко известные явления, заключающиеся в ржавлении железа, покрытие меди зеленым слоем окиси и тому подобных изменениях металлов.

В результате коррозии металлы частично или полностью разрушаются, качество изделий ухудшается, и они могут оказаться непригодными для использования.

Большинство металлов встречается в природе в виде соединений с другими элементами, например, железо – в виде Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeCO 3 , медь – в виде CuFeS 2 , Cu 2 S, алюминий – в виде Al 2 O 3 , и т.д. В результате металлургических процессов устойчивая связь металлов с веществами, имевшаяся в природном состоянии, нарушается, но она восстанавливается в условиях соединения металлов с кислородом и другими элементами. В этом заключается причина возникновения коррозии.

Разработка теории коррозии является заслугой русских ученых В.А.Кистяковского, Г.В.Акимова, Н.А.Изгарышева и д.р. по мнению исследователей явлений коррозии, существуют два вида коррозии: электрохимическая и химическая коррозия.

Электрохимической коррозией (Рис.13.) называется процесс разрушения металлов при соприкосновении с жидкостями, проводящими электрический ток (электролитами), т.е. с кислотами, щелочами, растворами солей в воде, водой с растворенным в ней воздухом. Происходящие здесь явления подобны тем, которые можно наблюдать в гальваническом элементе. В стали, например, гальванический элемент образует карбид железа и феррит. В электролитах карбид остается неизменным, феррит же растворяется и дает с веществом электролита ржавчину – продукт коррозии.

О поведении различных металлов в электролитах можно судить по занимаемому ими месту в ряду напряжений: калий, кальций, магний, алюминий, марганец, цинк, хром, железо, кадмий, кобальт, никель, олово, свинец, водород, сурьма, висмут, медь, ртуть, серебро, золото. В приведенном ряду металлы расположены по величине нормального электрического потенциала (т.е. полученного при погружении металла в нормальный раствор его соли) по отношению к водороду. Каждый металл этого ряда в паре с другим в электролитах образует гальванический элемент, причем разрушаться будет тот металл, который в ряду располагается левее. Так, в паре медь – цинке разрушается цинк. Ряд напряжений имеет весьма большое практическое значение: он указывает на опасность располагать в непосредственном соприкосновении разнородные металлы, так как этим создаются условия для образования гальванического элемента и разрушения одного из металлов, левее располагающегося в ряду напряжений.

Рис.13.Схема, иллюстрирующая процесс электрохимической коррозии. На одном полюсе растворяется (корродирует) неблагородный металл, на другом – выделяется водород.

Химической коррозией называется разрушение металлов и сплавов в сухих газах при высокой температуре и в жидкостях, не имеющих свойств электролитов, например, в масле, бензине, расплавленных солях и д.р. При химической коррозии под действием кислорода воздуха металлы покрываются тончайшим слоем окислов. При химической коррозии металл подвергается не всегда только поверхностному разрушению, но коррозия проникает и в глубину металла, образуя очаги или располагаясь по границам зерен. (пример. Серебряные предметы со временем темнеют, потому что в воздухе содержаться газообразные соединения серы, которые вступают в химическую реакцию с серебром. Образующийся при этом сульфид серебра остается на поверхности изделий в виде коричневатой или черной пленки.)

1 тема «Общие свойства металлов» (2 часа)

Урок 2 .

ТЕМА УРОКА:

Химические свойства металлов. Понятие о коррозии металлов и способах защиты от неё (обзорно) Повторение и обобщение знаний.

НРК. «Способы борьбы с коррозией – защитные покрытия другими металлами и добавки с целью получения нержавеющих сплавов»

Место урока в теме: 2 урок

Тип урока: изучение нового материала с использованием презентаций.

Вид урока: комбинированный.

Цели урока:

· Обеспечить восприятие и осмысление учащимися основных понятий темы «металл как элемент» и «металл как простое вещество».

· Подвести учащихся к осознанию химических свойств металлов и реакций, лежащих в их основе.

· Совершенствовать знания учащихся о металлах, их соединениях, свойствах;

· Создать условия для развития умения осознанно работать с источниками информации и с химическими терминами.

Задачи:

Обучающая:

· Обобщить знания учащихся, полученные ранее, при рассмотрении общих химических свойств металлов.

· Повторить особенности протекания реакций металлов с растворами электролитов.

· Развивать логическое мышление при обобщении знаний и конкретизации общих свойств металлов для отдельных представителей этого класса простых веществ.

· Опираясь на ранее полученные знания учащихся, подвести их к пониманию различий в представлениях о металлах как химических элементах и металлах как простых веществах.

· Продолжить отработку умений и навыков в составлении уравнений, электронных балансов в окислительно-восстановительных реакциях, умений сопоставлять, анализировать и делать выводы.

· создать условия для получения учащимися знаний химических свойств металлов и реакций, лежащих в их основе;

· объяснить явление коррозии металлов, выяснить, что такое коррозия, её виды, механизм (на примере коррозии железа), способы защиты от коррозии.

развивающая:

· способствовать развитию у учащихся логического мышления, умения анализировать и сравнивать, работать с дополнительной информацией при выполнении сообщений.

воспитывающая:

· формировать интерес к предмету через мультимедийные возможности компьютера.

· содействовать формированию представлений о причинно-следственных связях и отношениях,

· вырабатывать стремление к коллективизму ;

· формировать мировоззренческое понятие о познаваемости природы.

Планируемые результаты обучения:

Знать:

· Химические свойства металлов.

· Определение коррозии металлов, её виды и способы защиты от неё.

· Условия, способствующие и препятствующие коррозии.

Уметь:

· доказывать химические свойства металлов: записывать уравнения химических реакций в молекулярном и окислительно-восстановительном виде.

· Объяснять сущность химической и электрохимической коррозии.

Средства обучения:

· Компьютер,

· мультимедийное сопровождение,

· Периодическая система химических элементов.

Презентации на тему «Химические свойства металлов»

«Коррозия металлов»

Ход урока: I . Вводная часть. Организационный момент.

1. Приветствие учащихся.

2. Определение отсутствующих на уроке.

3. Проверка готовности к началу урока.

4. Организация внимания, постановка цели урока.

II . Актуализация и проверка знаний.

1 ФРОНТАЛЬНАЯ БЕСЕДА.

Вопросы и задания для работы учащихся:

· Где расположены металлы в ПС химических элементов?

· Что общего имеется в строении атомов всех металлов?

· Каковы окислительно-восстановительные свойства металлов?

· Что такое металлическая связь?

· Что такое металлические кристаллические решетки?

· В каком виде встречаются в природе? Почему большинство металлов встречаются в виде соединений?

· В чем особенность физических свойств? По возможности это объяснить.

· Электропроводность, теплопроводность (объясняется наличием в металлических решетках свободных электронов, способных легко перемещаться);

· Ковкость, пластичность металлов (способность так называемого «электронного газа», то есть свободных электронов связывать любые конфигурации атомов металлов)

· Хрупкость металлов (на примере хрома и марганца)

При этом идет окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой металл окисляется, а присутствующий в среде окислитель восстанавливается, электроны переходят от металла к окислителю непосредственно без возникновения в цепи электрического тока.

Демонстрация: Например, прокалим медную проволоку на воздухе. Что наблюдаете? (предполагаемый ответ: наблюдаем изменение окраски – появление черного налета, значит, прошла химическая реакция).

При взаимодействии меди с кислородом идет реакция:

2С u + О2=2 С u О (запись в тетради и на доске, у доски работает вызванный ученик)

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидную пленку. Если эта пленка плотная, хорошо связана с поверхностью, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Например, при коррозии алюминия в кислороде идет реакция:

4Al + 3O2 = 2Al2О3. (запись в тетради и на доске)

Оксидная пленка плотно прилегает к поверхности металла, и нет дальнейшего допуска кислорода к металлу. Можно сказать, что для алюминия такое покрытие благоприятно, так как дальнейшего разрушения не происходит. Плотная оксидная пленка у цинка, никеля, хрома, олова, свинца и др.

В случае химической коррозии железа идет реакция:

3 Fe + 2О2= Fe 3 О4 ( FeO Fe 2 О3)

Оксидная пленка железа очень рыхлая (вспомните какой-либо ржавый предмет – как только вы берете его в руки, остаются следы ржавчины) и не прилегает плотно к поверхности металла, поэтому кислород проникает все дальше и дальше, коррозия идет до полного разрушения предмета.

Электрохимическая коррозия. (запись в тетради) (Слайд 7)

Этот вид коррозии распространен гораздо шире, ей подвергаются паровые котлы, подводные части судов, металлические сооружения и конструкции под водой и в атмосфере, проложенные в грунте трубопроводы, оболочки кабелей и т. д.

При электрохимической коррозии возникает электрическая цепь. Подвергаться коррозии может как один металл, так и металлы в контакте друг с другом. Рассмотрим, что происходит, если цинк положить в разбавленный раствор соляной кислоты (демонстрация опыта) Вопрос к классу:

«Что наблюдаете?» (Ответ: цинк реагирует с кислотой, при этом выделяется газ)

В кислой среде цинк отдает 2 электрона. При этом окисляется и переходит в раствор в виде ионов:

Zn – 2 e - = Zn 2+ (запись на доске и в тетради)

Катионы водорода восстанавливаются, образуется газ – водород:

2 Н+ + 2 е - = Н2 (запись на доске и в тетради)

Уравнение реакции в ионном виде:

Zn + 2 Н+ = Н2 + Zn 2+ (запись на доске и в тетради)

Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии. Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует по сравнению с обычным железом. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже почти полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Как удалось древним металлургам получить такой чистый металл, до сих пор остается загадкой.

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ.

· Протекторная защита

· Защита менее активным металлом

· Пассивация

· Электрозащита

· Создание сплавов, стойких к коррозии

· Добавление ингибиторов

· Различные покрытия.

СООБЩЕНИЕ УЧАЩИХСЯ. НРК.

1. «Способы борьбы с коррозией – защитные покрытия другими металлами и добавки с целью получения нержавеющих сплавов»

2. «Современные достижения в области создания новых сплавов, их применении в различных отраслях промышленности и хозяйства»

МАТЕРИАЛ ДЛЯ СООБЩЕНИЙ.

Сообщение 1. Протекторная защита. Металл, который необходимо защитить от коррозии покрывают более активным металлом. Тот металл, который заведомо будет разрушаться в паре, называется протектором. Примеры такой защиты – оцинкованное железо (железо – катод, цинк – анод), контакт магния и железа (магний – протектор).

Железо часто покрывают другим металлом, например цинком или хромом, чтобы защитить от коррозии. (Слайд 10, а также таблица «Методы защиты от коррозии).

Оцинкованное железо получают, покрывая его тонким слоем цинка. Цинк защищает железо от коррозии даже после нарушения целостности покрытия. В этом случае железо в процессе коррозии играет роль катода, потому что цинк окисляется легче железа:

Zn -2е- = Zn 2+ (запись на доске и в тетради)

На защищаемом железе идут процессы:

2 H + + 2 e - = H 2 (в кислой среде)

или

O 2 + 2 H 2 О + 4 e - = 4 OH - (в нейтральной среде)

Zn 2+ + 2 ОН- = Zn (ОН)2 (запись на доске и в тетради)

Магниевый анод окружают смесью гипса, сульфата натрия и глины, чтобы обеспечить проводимость ионов. Труба играет роль катода в гальваническом элементе (рис. 5. Защита железных водопроводных труб).

Сообщение 2. Защита металла менее активным металлом . Так называемую «белую жесть» получают, покрывая тонким слоем олова листовое железо. Олово защищает железо до тех пор, пока защитный слой остается неповрежденным. Стоит его повредить, как на железо начинают воздействовать воздух и влага, олово даже ускоряет процесс коррозии, потому что служит катодом в электрохимическом процессе.

Поэтому железо служит в этом случае анодом и окисляется.

Электрозащита. Конструкция, находящаяся в среде электролита, соединяется с другим металлом (обычно куском железа, рельсом и т. п.), но через внешний источник тока. При этом защищаемую конструкцию подключают к катоду, а металл – к аноду источника тока. В этом случае электроны отнимаются от анода источником тока, анод (защищающий металл) разрушается, а на катоде происходит восстановление окислителя. Электрозащита имеет преимущество перед протекторной защитой: радиус действия первой около 2000 м, второй 50

Сообщение 3. Создание сплавов, устойчивых к коррозии . Если металл, например хром, создает плотную оксидную пленку, его добавляют в железо, и образуется сплав – нержавеющая сталь. Такие стали называются легированными. Большим достижением металлургов в защите от коррозии стало создание коррозионно-стойкой стали. В результате снижения содержания углерода в нержавеющей стали до 0,1 % стало возможным изготовлять из нее листовой прокат. Типичная «нержавейка» содержит 18% хрома и 8% никеля. Первые тонны нержавеющей стали в нашей стране выплавили еще в 1924 г. в Златоусте. Сейчас создан широкий ассортимент сталей, устойчивых к коррозии. Это и сплавы на железохромоникелевой основе, и особо коррозионностойкие никелевые, легированные молибденом и вольфрамом. Эти сплавы производят и на нашем комбинате.

Многие сплавы, которые содержат незначительное количество добавок дорогих и редких металлов, приобретают замечательную устойчивость к коррозии и прекрасные механические свойства. Например, добавки родия или иридия к платине так сильно повышают ее твердость, что изделия из нее – лабораторная посуда, детали машин для получения стекловолокна – становятся практически вечными.

Сообщение 4 Пассивация металла . Пассивация – это образование на поверхности металла плотно прилегающего оксидного слоя, защищающего от коррозии. Поверхность металла обрабатывают так, чтобы образовалась тонкая и плотная пленка оксида, которая препятствует разрушению основного вещества. Например, концентрированную серную кислоту можно перевозить в стальных цистернах, т. к. она образует на поверхности металла тонкую, но очень прочную пленку. Пассивация вызывается и другими сильными окислителями. Например, хранение лезвий безопасных бритв в растворе хромата калия позволяет дольше сохранить их острыми. В ином случае, пол действием влажного воздуха, железо окисляется и его поверхность ржавеет.

V . Закрепление нового материала. Подведение итогов. Рефлексия.

Упражнение 10. стр. 112 учебника устно.

Выставление оценок.

ВЫВОД.

VI . Домашнее задание.

§ 37, записи в тетради. Повторить § 36. Обобщить материал по теме «Общие свойства металлов»

Подготовка к следующему уроку.

1 группа: «Щелочные металлы»

2 группа: «Щелочно-земельные металлы»

3 группа: «Металлы III A группы»

Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией. Коррозия металлов вызывается , в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

• Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный.
• Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы металл – компоненты окружающей среды.
• Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако, не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла.

Виды коррозии металлов

Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов :

1. Равномерная – охватывает всю поверхность равномерно
2. Неравномерная
3. Избирательная
4. Местная пятнами – корродируют отдельные участки поверхности
5. Язвенная (или питтинг)
6. Точечная
7. Межкристаллитная – распространяется вдоль границ кристалла металла
8. Растрескивающая
9. Подповерхностная

С точки зрения механизма коррозионного процесса можно выделить два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия металлов

Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют . Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.

Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.

Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).

Жидкостная коррозия металлов – может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.

При химической коррозии скорость разрушения металла пропорциональна и той скорости с которой окислитель проникает сквозь пленку оксида металла, покрывающую его поверхность. Оксидные пленки металлов могут проявлять или не проявлять защитные свойства, что определяется сплошностью.

Сплошность такой пленки оценивают величине фактора Пиллинга-Бэдвордса: (α = V ок /V Ме) по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла

α = V ок /V Ме = М ок ·ρ Ме /(n·A Me ·ρ ок) ,

где V ок — объем образовавшегося оксида

V Ме — объем металла, израсходованный на образование оксида

М ок – молярная масса образовавшегося оксида

ρ Ме – плотность металла

n – число атомов металла

A Me — атомная масса металла

ρ ок — плотность образовавшегося оксида

Оксидные пленки, у которых α < 1 , не являются сплошными и сквозь них кислород легко проникает к поверхности металла. Такие пленки не защищают металл от коррозии. Они образуются при окислении кислородом щелочных и щелочно-земельных металлов (исключая бериллий).

Оксидные пленки, у которых 1 < α < 2,5 являются сплошными и способны защитить металл от коррозии.

При значениях α > 2,5 условие сплошности уже не соблюдается , вследствие чего такие пленки не защищают металл от разрушения.

Ниже представлены значения α для некоторых оксидов металлов

Электрохимическая коррозия металлов

Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных , который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока.

При таком типе коррозии атом удаляется из кристаллической решетки результате двух сопряженных процессов:

• Анодного – металл в виде ионов переходит в раствор.
• Катодного – образовавшиеся при анодном процессе электроны, связываются деполяризатором (вещество — окислитель).

Сам процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества способствующие отводу – деполяризаторами.

Наибольшее распространение имеет коррозия металлов с водородной и кислородной деполяризацией .

Водородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в кислой среде

2H + +2e — = H 2 разряд водородных ионов

2H 3 O + +2e — = H 2 + 2H 2 O

Кислородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в нейтральной среде

O 2 + 4H + +4e — = H 2 O восстановление растворенного кислорода

O 2 + 2H 2 O + 4e — = 4OH —

Все металлы, по их отношению к электрохимической коррозии , можно разбить на 4 группы, которые определяются величинами их :

1. Активные металлы (высокая термодинамическая нестабильность) – это все металлы, находящиеся в интервале щелочные металлы — кадмий (Е 0 = -0,4 В). Их коррозия возможна даже в нейтральных водных средах, в которых отсутствуют кислород или другие окислители.
2. Металлы средней активности (термодинамическая нестабильность) – располагаются между кадмием и водородом (Е 0 = 0,0 В). В нейтральных средах, в отсутствии кислорода, не корродируют, но подвергаются коррозии в кислых средах.
3. Малоактивные металлы (промежуточная термодинамическая стабильность) – находятся между водородом и родием (Е 0 = +0,8 В). Они устойчивы к коррозии в нейтральных и кислых средах, в которых отсутствует кислород или другие окислители.
4. Благородные металлы (высокая термодинамическая стабильность) – золото, платина, иридий, палладий. Могут подвергаться коррозии лишь в кислых средах при наличии в них сильных окислителей.

Электрохимическая коррозия может протекать в различных средах. В зависимости от характера среды выделяют следующие виды электрохимической коррозии:

• Коррозия в растворах электролитов — в растворах кислот, оснований, солей, в природной воде.
• Атмосферная коррозия – в атмосферных условиях и в среде любого влажного газа. Это самый распространенный вид коррозии.

Например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:

А: Fe – 2e — = Fe 2+

K: O 2 + 4H + + 4e — = 2H 2 O

Катодом является та поверхность, где больше приток кислорода.

• Почвенная коррозия – в зависимости от состава почв, а также ее аэрации, коррозия может протекать более или менее интенсивно. Кислые почвы наиболее агрессивны, а песчаные – наименее.
• Аэрационная коррозия — возникает при неравномерном доступе воздуха к различным частям материала.
• Морская коррозия – протекает в морской воде, в связи с наличием в ней растворенных солей, газов и органических веществ.
• Биокоррозия – возникает в результате жизнедеятельности бактерий и других организмов, вырабатывающих такие газы как CO 2 , H 2 S и др., способствующие коррозии металла.
• Электрокоррозия – происходит под действием блуждающих токов на подземных сооружениях, в результате работ электрических железных дорог, трамвайных линий и других агрегатов.

Методы защиты от коррозии металла

Основной способ защиты от коррозии металла – это создание защитных покрытий – металлических, неметаллических или химических.

Металлические покрытия.

Металлическое покрытие наносится на металл, который нужно защитить от коррозии, слоем другого металла, устойчивого к коррозии в тех же условиях. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более отрицательным потенциалом (более активный) , чем защищаемый, то оно называется анодным покрытием . Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более положительным потенциалом (менее активный), чем защищаемый, то оно называется катодным покрытием .

Например, при нанесении слоя цинка на железо, при нарушении целостности покрытия, цинк выступает в качестве анода и будет разрушаться, а железо защищено до тех пор, пока не израсходуется весь цинк. Цинковое покрытие является в данном случае анодным .

Катодным покрытием для защиты железа, может, например, быть медь или никель. При нарушении целостности такого покрытия, разрушается защищаемый металл.

Неметаллические покрытия.

Такие покрытия могут быть неорганические (цементный раствор, стекловидная масса) и органические (высокомолекулярные соединения, лаки, краски, битум).

Химические покрытия.

В этом случае защищаемый металл подвергают химической обработке с целью образования на поверхности пленки его соединения, устойчивой к коррозии. Сюда относятся:

оксидирование – получение устойчивых оксидных пленок (Al 2 O 3 , ZnO и др.);

фосфатирование – получение защитной пленки фосфатов (Fe 3 (PO 4) 2 , Mn 3 (PO 4) 2);

азотирование – поверхность металла (стали) насыщают азотом;

воронение стали – поверхность металла взаимодействует с органическими веществами;

цементация – получение на поверхности металла его соединения с углеродом.

Изменение состава технического металла также способствует повышению стойкости металла к коррозии. В этом случае в металл вводят такие соединения, которые увеличивают его коррозионную стойкость.

Изменение состава коррозионной среды (введение ингибиторов коррозии или удаление примесей из окружающей среды) тоже является средством защиты металла от коррозии.

Электрохимическая защита основывается на присоединении защищаемого сооружения катоду внешнего источника постоянного тока, в результате чего оно становится катодом. Анодом служит металлический лом, который разрушаясь, защищает сооружение от коррозии.

Протекторная защита – один из видов электрохимической защиты – заключается в следующем.

К защищаемому сооружению присоединяют пластины более активного металла, который называется протектором . Протектор – металл с более отрицательным потенциалом – является анодом, а защищаемое сооружение – катодом. Соединение протектора и защищаемого сооружения проводником тока, приводит к разрушению протектора.

При взаимодействии металлов с веществами окружающей среды на их поверхности образуются соединения, обладающие совершенно иными свойствами, чем сами металлы. В обычной жизни мы часто повторяем слова «ржавчина››, «ржавление», видя коричнево-желтый налет на изделиях из железа и его сплавах.

Ржавление - это частный случаи коррозии.

Коррозия - это процесс самопроизвольного разрушения металлов под влиянием внешней среды.

Однако разрушению подвергаются практически все металлы, в результате чего многие их свойства ухудшаются (или совсем теряются): уменьшаются прочность, пластичность, блеск, снижается электропроводность, а также возрастает трение между движущимися деталями машин, изменяются размеры деталей и т. д.

По своей химической природе коррозия - это окислительно-восстановительный процесс. В зависимости от среды, в которой он протекает, различают два вида коррозии.

1. Химическая коррозия – это разрушение металла в результате химического взаимодействия с окружающей средой. Она характерна для сред, не проводящих электрический ток. По условиям протекания коррозионного процесса различают:

а) газовую коррозию – взаимодействие металла при высоких температурах с активным газообразными средами O 2 , H 2 S, SO 2 , галогены и др.;

3Fe + 2O 2 Fe 3 O 4
4Al + 3O 2 2Al 2 O 3

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидные пленки. Если эта пленка прочная, плотная, хорошо связана с металлом, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие защитные пленки появляются у Zn, AI, Сг, Ni, Sn, Pb, Nb, Та и др. У железа она рыхлая, пористая, легко отделяется от поверхности и потому не способна защитить металл от дальнейшего разрушения.

б) коррозия в неэлектролитах – агрессивных органических жидкостях, таких, как нефть, нефтепродукты и др. Химическая коррозия встречается сравнительно редко и скорость ее невелика.

2. Электрохимическая коррозия

– это разрушение металла под действием окружающей среды в результате возникновения гальванических пар. Множество микрогальванических пар возникает при контакте различных металлов в среде любого электролита, при наличии примесей в металле, при контакте металла с раствором электролита с различной концентрацией в разных точках раствора, при неоднородных механических напряжениях металла.

а) анодное окисление более активного металла:

Me 0 – n e - Me n +

б) катодное восстановление окислителя окружающей среды:

В кислой среде на поверхности катода будут восстанавливаться ионы Н+ и выделяться водород:

2Н + + 2 e - Н 2

В нейтральной и щелочной средах на поверхности катода будет восстанавливаться молекулярный кислород с образованием гидроксид-ионов:

О 2 + 2Н 2 О + 4 e - 4ОН -

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит длвижение электронов в металле с анодных участков на катодные и движение ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот и оснований, морская вода, почвенная вода, вода атмосферы, содержащая CO 2 , SO 2 , O 2 и другие газы.

Для защиты металлов от коррозии используют различные методы:

1) защитные покрытия (металлические и неметаллические);

2) электрохимическую защиту;

3) легирование металлов;

4) изменение свойств коррозионной среды.

Для защиты железа от коррозии используются всевозможные покрытия: краска, слой металла (олова, цинка). При этом краска и олово предохраняют от коррозии до тех пор, пока защитный слой цел. Появление в нем трещин и царапин способствует проникновению влаги и воздуха к поверхности железа, и процесс коррозии возобновляется, причем в случае оловянного покрытия он даже ускоряется, поскольку олово служит катодом в электрохимическом процессе.

Оцинкованное железо ведет себя иначе. Поскольку цинк выполняет роль анода, то его защитная функция сохраняется и при нарушении цинкового покрытия. Катодная защита широко используется для уменьшения коррозии подземных и подводных трубопроводов и стальных опор высоковольтных передач, нефтяных платформ и причалов.

Навигация

• Решение комбинированных задач на основе количественных характеристик вещества
• Решение задач. Закон постоянства состава веществ. Вычисления с использованием понятий «молярная масса» и «химическое количество» вещества

Company Logo Актуализация знаний и мотивация учебной деятельности Химический диктант по 2-м вариантам (нечётные номера – 1 вариант, чётные – 2 вариант) 1. Способность металлов хорошо проводить электрический ток объясняется наличием.. 2. Металлы имею … строение 3. От строения кристаллической решётки метал- ла зависят его… 4. Температура плавления металла зависит от… 5. Самый лёгкий металл… 6. Самый тяжёлый металл…

Company Logo Актуализация знаний и мотивация учебной деятельности 7.Металлы, плавящиеся при темп. ниже С называются… 8. Металлы с плотностью меньше 5 г/см 3 называются… 9. Темп. плавления тугоплавких металлов … 10. С повышением темп. плавления уменьшается… 11.Металлы, отдавая электроны, выполняют роль … 12. К чёрным металлам относятся…

Company Logo Актуализация знаний и мотивация учебной деятельности 13. Металлы в технике подразделяются по… 14. Самым тугоплавким металлом является… Мотивация: в древности людям было известно 7 металлов. Их число соотносилось Числу известных тогда планет: Сатурн-свинец, Меркурий-ртуть, Марс-железо, Луна-серебро, Солнце-золото, Венера-медь, Юпитер-олово. Вы знаете намного больше алхимиков и мы сегодня продолжим изучать свойства металлов

Company Logo Металлы 1. Что объединяет эти элементы? 2. Какие свойства этих элементов вам известны?

Company Logo Химические свойства металлов Какие свойства простых веществ изображены на этом слайде?

Company Logo Химические свойства металлов Какие элементы относятся к металлам? Назовите основное свойство металлов Как изменяется активность металлов в периоде? Элементы, на внешнем уровне у которых 1-2 электрона. Основное свойство - отдавать валентные электроны С увеличением заряда ядра активность металла в периоде уменьшается

Company Logo Ряд активности металлов Увеличение восстановительных свойств Рассмотрите ряд активности металлов, сделайте вывод об активности различных металлов, выскажите предположение с какими веществами они могут реагировать.

Company Logo Химические свойства металлов Взаимодействие с неметаллами: с кислородом с серой с галогенами Li K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Pb Cu Hg Ag Pt Au При обычных условиях M + О2 оксид Медленно или при нагревании M + O 2 оксид M + O 2

Company Logo Химические свойства металлов Напишите уравнения реакций взаимодействия натрия с: кислородом, серой, хлором 4Na + O2 = 2Na2O 2Na + S = Na2S 2 Na + CI2 = 2NaCI

Company Logo Взаимодействие со сложными веществами: с водой Li K Ca NaMg Al Zn Cr Fe Ni Pb (H 2) Cu Hg Ag Pt Au При обычных условиях M + H 2 O H 2 + щёлочь При нагревании M+H 2 OH 2 +оксид M + H 2 O

Company Logo Примеры Закончите возможные уравнения реакций: 1. Li + H2O = 2. AI + H2O = 3. Hg + H2O = 2Li + 2HOH = 2LiOH + H2 2AI +3H2O = Ai2O3 + 3H2 Hg + H2O

Company Logo Взаимодействие с растворами кислот Li K Ca Na Mg Al |Zn Cr Fe Ni Pb (H 2) Cu Hg Ag Pt Au Вытесняют H 2 из растворов кислот Не вытесняют H 2 из растворов кислот

Company Logo Примеры Напишите возможные уравнения реакций взаимодействия с разбавленной серной кислотой: алюминия, цинка, натрия и меди 3H2SO4 + 2AI= AI2(SO4)3+ 3H2 H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2 H2SO4 + 2Na = Na2SO4 + H2 H2SO4 + Cu

Company Logo Взаимодействие с растворами солей Каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, находящиеся правее него в ряду напряжений, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее. Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu Zn + NiCI2 = ZnCI2 + Ni Запомнить! Нельзя для этой цели брать активные металлы, так как они взаимодействую с водой, образуя щёлочи.

Company Logo Реагирующи е вещества KCaFeCuAu О2 Н2О HCl (раствор) Pb(NO3)2 раствор Упражнения

Company Logo Проверка Реагирующие вещества NaCaFeCuAu О2О Н2ОН2О HCl (раствор) Pb(NO 3) 2 раствор +++--

Company Logo Коррозия Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.

Company Logo Причины коррозии А) газы (O2,SO2, H2S, Cl2, NH3, NO, NO2, H2O-пар и т.д.); сажа – адсорбент газов; Б) электролиты: щёлочи, кислоты, соли; В) ионы Сl-, влажность воздуха; Г) макро- и микроорганизмы; Е) блуждающий электрический ток; Ж) разнородность металлов.

Company Logo Виды коррозии Коррозия Атмосферная Газовая Химическая Электрохимическая

Company Logo Атмосферная Атмосферная коррозия металлов происходит во влажном воздухе при обычной температуре

Company Logo Химическая коррозия Химическая коррозия – это химическое разрушение металлов под действием кислорода, сероводорода и других газов в отсутствие влаги

Company Logo Газовая коррозия Газовая коррозия разновидность химической коррозии, которой поддается арматура печей, детали двигателей, которые работают в условиях высоких температур.

Company Logo Электрохимическая коррозия Электрохимическая коррозия – это разрушение металла, который находится в контакте с другим металлом и электролитом или водой.

Company Logo Электрохимическая коррозия На поверхности любого металла конденсируется вода, в которой растворены атмосферные газы, то есть образуется электролит. Если металл содержит примеси или соприкасается с другим металлом, начинается электрохимическая коррозия. При этом первым разрушается более активный металл

Company Logo Последствия коррозии Ежегодно прямые потери от ржавчины из-за некачественной защиты аппаратуры, оборудования и конструкций составляют порядка 10% от всего объема металла, производимого в мире.

Company Logo Защита металлов от коррозии Защитные покрытия- нанесение защитных покрытий на поверхность металла Легирующие добавки- добавление хрома,никеля, титана,кобальта Ингибиторы- добавление катализаторов,замедляющих химические реакции Протекторная защита – создание контакта с более активным металлом

Company Logo Закрепление полученных знаний Что называется коррозией? Какие факторы её вызывают? Разрушение металлов и сплавов под действием различных внешних факторов. Влияние атмосферного воздуха, грунтовой влаги, агрессивных газов Агрессивная химическая среда Электролиты

Company Logo Закрепление полученных знаний Назовите виды коррозии. Назовите способы защиты металлов от коррозии Атмосферная, химическая, газовая и электрохимическая. Защитные покрытия, легирующие добавки, ингибиторы протекторная защита