Изучение коррозии металлов

   Муниципальное бюджетное образовательное

     учреждение «Гимназия имени А. П. Чехова»

                                   Реферат

Тема: Изучение коррозии металлов.

Подготовил ученик 10А класса

Попов Д.И.

                                    Учитель: Федоркова Е.В.

                                                             Оценка________________

2020

                                  План:

1. Введение…………………………………………………………3
2. Виды коррозии…………………………………………………..5

             2.1  Химическая коррозия………………………………………..5

             2.2  Электрохимическая коррозия……………………………….6

             2.3  Электрическая коррозия……………………………………..8

          3. Коррозия алюминия и его сплавов……………………………...9

          4. Коррозия меди и её сплавов……………………………………..12

          5. Коррозия железа………………………………………………….16

          6. Способы защиты от коррозии…………………………………...18

          7. Моя практическая работа……………………………………......21

          8. Заключение……………………………………………………….24

          9. Литература………………………………………………………..25

Введение

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Среди них как конструкционный материал явно выделяется железо. Объем промышленного производства железа примерно в 20 раз больше, чем объем производства всех остальных металлов, вместе взятых. Широкое внедрение железа в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX вв. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Однако начало практического использования человеком железа относят к IX в. до н.э. Именно в этот период человечество из бронзового века перешло в век железный. Тем не менее история свидетельствует о том, что изделия из железа были известны в Хеттском царстве (государство Малой Азии), а его расцвет относят к XIV…XIII вв. до н.э.

Несмотря на широкое внедрение в нашу сегодняшнюю жизнь полимерных материалов, стекла, керамики, основным конструкционным материалом продолжает оставаться железо и сплавы на его основе. С изделиями из железа мы на каждом шагу встречаемся в быту и знаем, как много хлопот доставляют его ржавление и сама ржавчина. Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы корродируют, но не ржавеют. Хотя корродируют практически все металлы, в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа.

Коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды. Процессы физического разрушения к коррозии не относят, хотя часто они наносят неменьший вред памятникам культуры. Можно привести такие примеры: в III веке до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса. Колосс Родосский считался одним из семи чудес света, однако просуществовал всего 66 лети рухнул. У Колосса Родосского бронзовая оболочка была смонтирована на железном каркасе. Под действием влажного, насыщенного солями средиземноморского воздуха железный каркас разрушился; Эйфелева башня — крупный туристический и деловой комплекс.Одним из главных способов защиты металлической башни от разрушения вследствие коррозии является покраска поверхности образующих башню элементов. Этот процесс занимает 18 месяцев и осуществляется командой из 25 высококвалифицированных рабочих. Предварительно, сооружение тщательно осматривается, а участки, где антикоррозийное покрытие особенно сильно повреждено, очищаются и покрываются новым слоем защиты. Остальная поверхность башни очищается паром под высоким давлением. Затем всё сооружение окрашивается в два слоя. При этом расходуется около 60 тонн краски стоимостью около 60 млн евро.

Строгие расчеты показывают, что большинство металлов имеет склонность к коррозии. Поэтому удивительно не то, что металлы корродируют, а то, что изделия из них могут существовать длительное время. Скорость, с которой протекает коррозия, не поддается теоретическому вычислению. Как правило, она определяется опытным путем. Скорость прежде всего зависит от характера образующихся продуктов коррозии и прочности их сцепления с металлом.

Сегодня нам предстоит познакомиться с давним и очень опасным врагом большинства применяемых в технике и быту металлов. Коварство его в том, что он остается всегда целым и невредимым, а металлы и сплавы несут огромные потери: примерно до 15% всех производимых в мире металлов становятся ежегодно жертвами этого врага (в США экономический ущерб был оценён примерно в 276 млрд долларов).

Виды коррозии

А. По площади и характеру поражения: сплошная, точечная, язвенная, межкристаллическая.

Б. По природе агрессивных сред: воздушная, почвенная, морская, биологическая (вызванная водорослями, моллюсками, плесенью), газовая.

В. По механизму возникновения: химическая, электрохимическая, электрическая (под действием блуждающих токов).

Рассмотрим процессы, происходящие при химической коррозии:

Химическая коррозия.

Химическая коррозия- разрушение металла при взаимодействии его с сухими газами или жидкостями, не проводящими ток (например, нефть), часто этот вид коррозии идет при высоких температурах. Ей подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, аппаратура химической промышленности.

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:

2Сu + О2=2СuО

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

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:

3Fe + 2О2= Fe3О4

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.

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. Если цинк положить в разбавленный раствор соляной кислоты, тоцинк 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 – 2e- = Zn2+

Катионы водорода восстанавливаются, образуется газ – водород:

2 Н+ + 2е- = Н2

Уравнение реакции в ионном виде:

Zn + 2 Н+ = Н2 + Zn2+

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.

Электрохимическая коррозия при контакте двух металлов.

Как правило, любой металл содержит различные примеси, в том числе и вкрапления других металлов. Это тем более очевидно, если речь идет о сплавах. При контакте с электролитами одни участки поверхности заряжаются отрицательно, другие положительно. При электрохимической коррозии первым разрушается тот металл, который расположен левее в ряду напряжений металлов.

Рассмотрим, что происходит при коррозии металлов, находящихся в контакте, на примере меди и железа.

Железо более активный металл. При контакте с электролитом часть атомов железа, окисляясь, переходит в раствор.

В кислой среде: В воде в присутствии кислорода:

O2 + 2Н2O + 4e- = 4ОН-

4Fe + 3O2 + 6H2O =4Fe(ОН)2

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Итак, электрохимическая коррозия – это окислительно-восстановительная реакция, протекающая в средах, проводящих ток. Процесс происходит при соприкосновении двух металлов или на поверхности металла, содержащего включения. При этом более активный металл разрушается.

Электрическая коррозия.

Блуждающие токи, исходящие от трамвая, метро, электрических железных дорог и различных электроустановок, работающих на постоянном токе, вызывают электрокоррозию. Такие токи разрушают подземные металлические сооружения, трубопроводы, электрокабели, приводят к появлению на металлических предметах, находящихся в земле, участков входа и выхода постоянного тока. Блуждающие токи от источников переменного тока вызывают слабую коррозию у подземных изделий из стали и сильную у изделий из цветных металлов.

Коррозия алюминия и его сплавов.

Алюминий и его сплавыотличаются отличной устойчивостью к разрушениям различного характера. Однако, несмотря на это — коррозия алюминия представляет собой не такое уж и редкое явление. Различные формы коррозии представляют собой основную причину порчи этих материалов. Для борьбы с разрушительными процессами необходимо обязательно понимать факторы, которые являются причиной их появления.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей  в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9! Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота.  Для изготовления химических агрегатов, оборудования  используют только металл высокой чистоты (без примесей).

Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.

Коррозия алюминия на воздухе

Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al2O3 либо  Al2O3•H2O.

Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:

4Al + 3O2 → 2Al2O3.

 Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.  Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения.

Коррозия алюминия в воде

Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.

Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать  при помощи уравнения реакции:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑.

При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав металла будет входить медь.

Коррозия алюминия в серной кислоте

Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:

 2Al + 3H2SO4(разб.) → Al2(SO4)3 + 3H2↑.

Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий  корродирует:

2Al + 6H2SO4(конц) → Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.

При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.

Коррозия алюминия в соляной кислоте

В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑.

Аналогично действуют растворы  бромoводородной (HBr),  плавиковой (HF) кислот.

Коррозия алюминия в азотной кислоте

Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек. Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза

При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:

Al + 6HNO3(конц) → Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O.

Коррозия алюминия в щелочах

Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑;

2(NaOH•H2O) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2↑.

Образуются алюминаты.

Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.

                                   Коррозия меди и её сплавов.

Медь и ее сплавы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Это связано с высокой коррозионной стойкостью данного металла, теплопроводностью, электропроводностью. Медь отлично обрабатывается механически.

Значительная коррозия меди наблюдается в окислительных кислотах, аэрированных растворах, которые содержат NH4+и другие ионы, способные с медью образовывать комплексы.

Коррозия меди в воде

Скорость коррозии меди в воде во многом зависит от наличия на поверхности оксидных пленок.

В быстро движущихся водных растворах и  воде медь подвергается такому виду разрушения, как ударная коррозия. Скорость протекания ударной коррозии меди  сильно зависит от количества растворенного кислорода. Если вода сильно аэрирована – ударная коррозия меди протекает интенсивно, если же обескислорожена – разрушение незначительно. Коррозия меди в аэрированной воде усиливается с уменьшением рН, увеличением концентрации ионов хлора. Скорость коррозии меди в воде зависит от климатической зоны. В тропиках скорость разрушения несколько выше.

Особенностью меди, омываемой морской водой, можно считать то, что она является одним из немногих металлов, которые не подвержены обрастанию микроорганизмами. Ионы меди для них губительны.

С чистой меди очень часто изготавливают трубопроводы для подачи в дома воды. Они надежны, служат очень долгое время. При наличии в воде растворенной угольной и других кислот  медь понемногу корродирует, а продукты коррозии меди окрашивают сантехническое оборудование. Если вода, проходящая через медные трубы контактирует с железом, алюминием или оцинкованной сталью – то коррозию этих металлов значительно усиливается. Ионы меди осаждаются на поверхности этих металлов, образуя коррозионные гальванические элементы.

Чтоб исключить вредное влияние воды с медных труб на другие металлы используют луженую медь. Внутреннюю часть медного трубопровода покрывают  оловом. Оловянное покрытие должно быть безпористым, во избежание возникновения гальванического элемента (олово по отношению к меди является катодом).

Коррозия луженой меди

Луженая медь отличается превосходной  коррозионной стойкостью. Луженая медь  отлично служит даже под воздействием дождя, града, снега, не чувствительна к перепаду температуры окружающей среды. Атмосферная коррозия луженой меди весьма незначительна. Оловянное покрытие по отношению к меди является анодом, т.к. имеет более электроотрицательный потенциал. Если на нем нет никаких изъянов (пор, трещин, царапин), через которые медь контактирует с атмосферой – оно прослужит очень долго. Если же дефекты покрытия присутствуют – атмосферная коррозия луженой меди протекает по следующим реакциям:

А: Sn - 2e→ Sn2+ - окисление олова;

К: 2 H2О + O2 + 4e → 4OH- - восстановление меди.

2Sn + 2+Н2О + O2 → 2Sn(OH)2

Качественное оловянное покрытие продлевает срок службы луженой меди до 100 лет и более.

Атмосферная коррозия меди

В атмосферных условиях медь отличается высокой коррозионной стойкостью. На сухом воздухе поверхность меди почти не меняется. А при контакте с влажным воздухом образуется нерастворимая пленка, состоящая с продуктов коррозии меди типа CuCO3•Cu(OH)2:

2Cu + H2O + CO2 + O2 → CuCO3•Cu(OH)2.

В зависимости от состава среды и еще многих факторов  на медной поверхности в атмосфере сначала образуется очень тонкая защитная пленка, состоящая с оксидов меди и ее чистой закиси. Время образования этой пленки может достигать нескольких лет. Поверхность немного темнеет, становится коричневатой. Иногда пленка может быть почти черного цвета (во многом зависит от состава коррозионной среды). После образования оксидного слоя на поверхности начинают скапливаться соли меди, имеющие зеленоватый оттенок. Образующийся оксид меди и соли называют еще патиной. Цвет патины колеблется от светло коричневого, до черного и зеленого. Зависит от качества обработки поверхности, состава самого металла и среды, времени контакта с коррозионной средой (от внутренних и внешних факторов). Закись меди – красно-коричневого цвета, окись – черного. Голубые, зеленые, синие и другие оттенки патины обуславливаются различными медными минералами (сульфаты, карбонаты, хлориды и др.). Патина по отношению к основному металлу нейтральна, т.е. не оказывает на медь вредного влияния (кроме хлористой меди). Соли и оксиды, формирующие патину, нерастворимы в воде и обладают естественными декоративными, защитными свойствами по отношению к поверхности меди.

Присутствие во влажном воздухе углекислого газа приводит к образованию на поверхности смеси, которую еще называют малахитом. Сульфиды, хлориды, находящиеся в воздухе, разрушают малахит. Это ускоряет атмосферную коррозию меди.

Коррозия меди в почве

Коррозия меди в почве сильно зависит от значения рН грунта.  Чем грунт щелочнее либо кислее, тем быстрее проходит коррозия меди в почве. Менее сильное влияние оказывает аэрация, влажность грунта. При сильном насыщении почвы микроорганизмами усиливается коррозия меди и ее сплавов. Это объясняется тем, что некоторые из них в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают сероводород, который разрушает защитную оксидную пленку.

Продукты почвенной коррозии меди и ее сплавов по составу более сложны, чем при атмосферной коррозии и отличаются слоистой структурой.

Если медное изделие  пролежало в почве очень долгое время – оно могло полностью превратиться в рыхлую светло-зеленую массу, состоящую с продуктов коррозии меди. При недолгом нахождении изделия в почве может наблюдаться только небольшой слой патины, который легко снять механически.

Медь устойчива в таких средах:

- атмосфера;

- морская вода;

- горячая и холодная пресная вода;

- в определенных условиях, находясь в контакте с галогенами;

- неокислительных кислотах, горячих и холодных деаэрированных разбавленных растворах H3PO4, H2SO4, уксусной кислоты.

Медь неустойчива в таких средах:

- сера, сероводород, некоторые другие соединения серы;

- окислительные кислоты, аэрированные неокислительные (также угольная), горячий, холодный концентрат H2SO4:

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O – горячий концентрат,

Cu + H2SO4 → CuO + SO2↑ + H2O – холодный концентрат;

- растворы окислительных солей тяжелых металлов (Fe2(SO4)3, FeCl3);

- аэрированных водах, водных растворах  быстро движущихся, агрессивных водах (с низким содержанием ионов магния,   кальция, высоким – кислорода, углекислого газа);

- амины, NH4OH (содержащим кислород).

                                       Коррозия железа.

Процесс коррозии железа чаще всего сводится к его окислению кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, и превращению его в оксиды. Коррозия металлов (ржавление) вызывается окислительно-восстановительными реакциями, протекающими на границе металла и окружающей среды.Особенно широко распространен процесс коррозии с кислородной деполяризацией. Он наблюдается в случае коррозии металлов в воде, почве и т. д. Примером может служить ржавление железа во влажном воздухе, при котором продуктом коррозии является гидрат закиси железа, постепенно окисляющийся до гидрата окиси железа

Коррозия железа в влажном воздухе.

Если взаимодействию с влажным воздухом или водой подвергается химически чистый металл, то выделяющийся первоначально водород в большей или Меньшей степени удерживается его поверхностью и предохраняет последнюю от дальнейшей коррозии. При наличии контакта двух разных металлов создается гальваническая пара, причем водород выделяется на менее активном из них, который тем самым и предохраняется от коррозии. Напротив, более активный металл в этом случае разрушается быстро. Поэтому, например, ржавление оцинкованного железа, с одной стороны, и луженого — с другой, при нарушении цельности защитного слоя протекает различно. В первом случае местное повреждение поверхности ведет к дальнейшему разъеданию защитного слоя цинка, тогда как ржавление железа задерживается. Во втором, начиная от поврежденного места, происходит дальнейшее ржавление железа под остающимся неизменным слоем олова..

    Влажность воздуха относится к важнейшему фактору.определяющему скорость коррозии. Однако, как мы уже указывали, наличие в воздухе одних только водяных паров само по себе, как бы не велика была их упругость, не приводит к заметной коррозии. Чистый влажный воздух даже при относительной влажности, равной примерно 100%, весьма слабо действует на железо и медь.

Коррозия железа в почвах.

В случае коррозии с кислородной деполяризацией, что имеет место в нейтральных и щелочных почвах, анодные участки образуются на тех частях поверхности трубы, к которым нет доступа кислорода или он более затруднен по сравнению с соседними участками. Одновременно на остальной части поверхности грубы, где имеет место нормальная аэрация, происходят катодные процессы.

Корродирование железа в нейтральных и щелочных почвах в большинстве случаев протекает с кислородной деполяризацией. В кислых почвах тяжелого механического состава, где затруднена аэрация, катодный процесс протекает за счет разряда водорода и выделения его в виде пузырьков газа с катодной поверхности. Чем лучше воздухообмен в почве, тем больше (при прочих равных условиях) аэрируемая катодная площадь и соответственно меньше анодная площадь. Поэтому в хорошо проветриваемых почвах легкого механического состава коррозия распределяется неравномерно; она сосредоточивается в отдельных точках и на поверхности трубы возникают язвы, пятна и другие формы местной коррозии. Наоборот, в почвах тяжелого механического состава, где аэрация затруднена, коррозионные разрушения распределяются более равномерно.

Картина коррозии железа в почве представляется в следующем виде. В результате анодного растворения ионы железа переходят в почвенный раствор и соединяются с ионами Сl', SO"4, ОН', НСО'з, СО"3. Образовавшиеся соли закиси железа в зависимости от условий коррозии проникают в окружающую почву и рассеиваются или тут же, взаимодействуя с растворенным кислородом и ОН-ионами, превращаются в гидрат окиси железа Fe(OH)3. Поскольку растворимость последнего в нейтральной и щелочной среде невелика, гидрат окиси выпадает в виде геля, образуя бугорки ржавчины.

Расстояние, на которое ионы диффундируют от металла в почву, зависит от ряда условий, а именно: от скорости анодного растворения, концентрации почвенного раствора, скорости притока кислорода и т. п. Так, в почвах с невысоким содержанием водорастворимых солей Fe(OH)3 осаждается на анодных участках в виде плотного, хорошо схватывающегося с металлом слоя. При более слабой аэрации и повышенной концентрации солей гидрат окиси может образовывать наросты в виде бугорков ржавчины.

Способы защиты от коррозии.

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- = Zn2+

На защищаемом железе идут процессы:

2H+ + 2e- =H2 (в кислой среде)

или

O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- ( в нейтральной среде)

Zn2+ + 2ОН- = Zn(ОН)2

Защита железных водопроводных труб.

Магниевый анод окружают смесью гипса, сульфата натрия и глины, чтобы обеспечить проводимость ионов. Труба играет роль катода в гальваническом элементе.

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.

3.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

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.

5. 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.

6. Добавление ингибиторов (замедлителей) коррозии тоже переводят металл в пассивное состояние, образуя на его поверхности тонкие защитные пленки. Примеры таких замедлителей коррозии – гексаметилентетрамин и другие органические вещества, фосфаты, нитрит натрия. В последние годы разработаны летучие, или атмосферные, ингибиторы. Ими пропитывают бумагу, которой обертывают металлические изделия. Пары ингибиторов адсорбируются на поверхности металла и образуют на ней защитную пленку.

Защитить металл можно, препятствуя проникновению к нему влаги и кислорода, – например, нанося на металл слой краски или лака. (На покраску Эйфелевой башни уже затратили средств больше, чем при ее создании.)

Моя практическая работа.

Цель: изучить коррозию разных металлов и определить её виды и размеры с помощью моих опытов. Каждый опыт длился около недели.

Задача:1. Научиться анализировать полученные данные и делать выводы.

2.Освоить навыки ведения экспериментальных наблюдений и оформление результатов.

Гипотеза:изучить коррозии на железных гвоздях, алюминиевых и медных проволоках в различных средах.

Методика:При выполнении данной работы нами были использованы следующие методы:

Наблюдение даёт возможность описать физические объекты и явления. Были проведены наблюдения за постановкой опытов для определения коррозии.

Сравнение позволяет установить сходство и различие предметов и явлений действительности. Проводилось сравнение разных образцов коррозии.

Проводились опыты, с помощью которых мы выявляли различие коррозии в зависимости от образца.

Обобщение - общий вывод, выражение основных результатов в общем положении. Мы обобщили полученные данные о коррозии металлов и сделали соответствующие выводы.

Опыт №1: коррозия металлов в пресной воде

Для этого я налил в 3 пробирки пресную воду и опустил в каждую пробирку по одному образцу. Результаты через неделю:

Железный гвоздь: коррозия почти не наблюдается

Алюминиевая проволока:коррозия почти не наблюдается

Медная проволока:коррозия почти не наблюдается

Опыт №2: коррозия металлов в морской воде

Для этого опыта я налил в 3 пробирки морскую воду и опустил в каждую пробирку по одному образцу. Вместо морской воды я взял растворы солей магния, калия и кремния. Результаты:

Железо: коррозия выражена слабо

Алюминий: коррозия выражена слабо

Медь: коррозия почти не наблюдается

Опыт №3: коррозия металлов в щелочах

Для этого опыта была налита в 3 пробирки разбавленная NaOH и были опущены в каждые пробирки по одному образцу. Результаты:

Железо: коррозия почти не наблюдается

Алюминий: коррозия выражена слабо

Медь: коррозия почти не наблюдается

Опыт №4: коррозия металлов в хлоридах

Я налил в 3 пробирки раствор хлорида меди и опустил в каждую пробирку по одному образцу. Получил результаты:

Железо: коррозия хорошо выражена: гвоздь покрылся небольшой коричневой плёнкой

Алюминий: коррозия хорошо выражена: проволока покрылась тёмно-коричневой плёнкой

Медь: проволока покрылась ярко-голубой плёнкой, в некоторых частях этой проволоки произошло обесцвечивание

Опыт №5: коррозия металлов в соляной кислоте

Я снова налил в 3 пробирки холодную соляную кислоту, опустил по одному образцу и получил результаты:

Железо: Коррозия хорошо выражена: гвоздь полностью почернел, на некоторых частях этого гвоздя появились светло-коричневые накипи

Алюминий: коррозия хорошо выражена: проволока почернела и стала рассыпаться

Медь: коррозия выражена слабо: проволока обесцветилась и покрылась голубой плёнкой

Опыт №.6: коррозия металлов в серной кислоте

Для этого опыта было налито в 3 пробирки немного разбавленной серной кислоты и опущено в каждую пробирку по моим металлам. В итоге получили результаты:

Железо: часть гвоздя, которая была в серной кислоте, почти не прокорродировала; но очень хорошо подверглась коррозии средняя часть гвоздя: цвет стал коричневым, покрылся тёмно-коричневой накипью

Алюминий: коррозия хорошо выражена: проволока перекрасилась в тёмно-серый цвет, образовалась коричневая накипь

Медь: проволока уменьшилась в размере

Опыт №7: коррозия металлов в азотной кислоте

Для этого опыта были подготовлены пробирки с концентрированной азотной кислотой, затем были опущены разные металлы. В процессе реакции из каждой пробирки выходил бурый газ (NO4). В итоге я получил результаты:

Железо: очень хорошо выражена коррозия: гвоздь перекрасился в чёрный цвет и покрылся тёмно-коричневой накипью; также гвоздь стал рассыпаться

Алюминий: очень хорошо выражена коррозия: проволока стала рассыпаться, покрылась чёрной накипью, проволока перекрасилась в чёрный цвет

Медь: коррозия хорошо выражена: проволока перекрасилась в тёмно-серый цвет и покрылась голубой плёнкой, также проволока уменьшилась в размере

Вывод:

В результате проделанной мною работы я делаю вывод, что в растворах разных солей коррозия проходит быстрее, чем в пресной воде. Это объясняется тем, что: для реакции алюминия с водой нужно химическое разрушение щелочью или растворами солей ртути и аммония; для реакции железа с водой нужно нагреть металл до температуры 600-800 градусов; взаимодействие меди с водой невозможно.

Также с соляной, серной и азотной кислотой коррозия моих металлов проходит очень бурно. Это связано с тем, что эти кислоты относятся к самым сильным, серная и азотная кислоты были концентрированными; но реакция соляной кислоты с медью прошла слабее, чем с другими металлами: соляная кислоты с медью хорошо реагирует при температуре 600-700 градусов.

                                              Заключение

Итак, я исследовал коррозию металлов, изучил различные виды коррозии и способы защиты от неё. Коррозия металлов протекает непрерывно и причиняет огромные убытки. В результате коррозии металлические изделия теряют свои ценные технические свойства. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на здоровье и жизнь людей.

Литература  

1. Герасименко А.А.: Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Справочник. Под ред. А.А. Герасименко. – М.: Машиностроение, 1987: Том 1, – 688 с.

2. Герасименко А.А.: Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Справочник. Под ред. А.А. Герасименко. – М.: Машиностроение, 1987: Том 2 – 784 с.

3. Алцыбеева А.И., Левин С.З.: Ингибиторы коррозии металлов. Под ред. Л.И. Антропова – Л.: Химия, 1968. – 264 с.

4. Федосова Н.Л.:Антикоррозионная защита металлов. – Иваново, 2009. – 187с.

5. Бахвалов Г.Т.: Коррозия и защита металлов

6. Родников С.Н., Лихачев В. А., Шишкина С.B., Кондратов В.М.: Вопросы металловедения в гальванотехнике и коррозии: Учебное пособие. – Горький: изд. ГГУ, 1989. – 104 с.

7. Хохлачева Н. М.: Коррозия металлов и средства защиты от коррозии. Учебное пособие / Н.М. Хохлачева, Е.В. Ряховская, Т.Г. Романова. - М.: ИНФРА-М, 2016. - 118 c.