Исследовательская работа. В царстве «Рыжего пирата»
творческая работа учащихся по химии (8 класс)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.

  Уважаемый читатель, мы хотим пригласить тебя в необычное путешествие по царству «Рыжего пирата». «Рыжий пират» - это давний и опасный враг большинства применяемых в технике и быту изделий из металла, в народе его называют еще РЖАВЧИНА, а научное название КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ. Днем и ночью ведет он наступление на позиции металлов по всему фронту. Коварство этого извечного врага в том, что, невидимый, он остается всегда целым и невредимым, а металлы и сплавы несут огромные потери. По подсчетам экономистов, ущерб, наносимый ржавчиной, во много раз превышает даже потери от такого страшного стихийного бедствия, как пожары. Да это и неудивительно: ведь огонь буйствует сравнительно редко, а «Рыжий пират» действует постоянно, ни на один час, ни на одно мгновение не прекращает свою подрывную деятельность. Он держит в страхе металлы и сплавы всего мира.    

Коррозия металлов наносит большой экономический вред. Человечество несет огромные материальные потери в результате коррозии деталей машин, судов, мостов, морских конструкций и технологического оборудования. Коррозия приводит к уменьшению надежности работы оборудования: аппаратов высокого давления, паровых котлов, металлических контейнеров для токсичных и радиоактивных веществ, лопастей и роторов турбин, и т.д. С учетом возможной коррозии приходится завышать прочность этих изделий, а значит, увеличивать расход металла, что приводит к дополнительным экономическим затратам. Коррозия приводит к простоям производства из-за замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции (утечка нефти, газов, воды), к энергетическим затратам для преодоления дополнительных сопротивлений, вызванных уменьшением проходных сечений трубопроводов из-за отложения ржавчины и других продуктов коррозии. Коррозия также приводит к загрязнению продукции, а значит, и к снижению ее качества. Затраты на возмещение потерь, связанных с коррозией, исчисляются миллиардами рублей в год. Сложилась такая ситуация, что потери металла от коррозии в мире уже составляют около 30% от его годового производства. Считается, что 10%  металла подвергшегося коррозии теряется (в основном в виде ржавчины) безвозвратно. Чтобы победить этого врага, люди должны проникнуть во все его тайны. Мы согласны с высказыванием академика Несмеянова: «Знать- значить победить!»

 Актуальность исследования обусловлена тем, что стоимость потерь, связанных с коррозией, составляет около 5% валового национального дохода.

Объектом исследования является коррозионный процесс, протекающий в сплавах.

Предметом исследования является коррозия как одна из самых разрушительных сил природы.

Цель исследования заключается в выявлении факторов способствующих протеканию коррозии металлов и способов защиты от  коррозии в быту.

Гипотеза исследования.  Действительно или внутренние  и внешние факторы    окружающей среды могут оказать существенное влияют на процессы коррозии металлов.  

Задачи исследования.

1. Ознакомиться с литературой, содержащей информацию о коррозии металлов и способов защиты от коррозии.

2. Определить сущность основных видов коррозии металлов.

3. Изучить   способы защиты от коррозии металлов в домашних условиях

4. Провести опыты, подтверждающие коррозионные разрушения металлов.  

5. Дать рекомендации по применению доступных способов защиты от коррозии металлов в домашних условиях.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: 

Метод эксперимента – химические реакции;

           Эмпирические методы: наблюдение, сравнение;

           Экспериментально - теоретический: анализ и синтез;

          Метатеоретический: обобщение;

Аннотация к работе:

    Данная работа носит как теоретический, так и прикладной характер, так как    изучались  процессы,    способствующие протеканию коррозии металлов  и  способы защиты от  коррозии в быту; проведены эксперименты, подтверждающие, что   окружающая среда оказывает влияние  на протекание процессов коррозии, на основе полученных данных сделаны выводы и рекомендации.

Работа выполнялась по следующему плану:

1. Изучение литературных источников, содержащих информацию  о коррозии металлов;
2. Проведение химических экспериментов, доказывающих, что   окружающая среда оказывает влияние  на протекание процессов коррозии;
3. Обобщение результатов, выводы и рекомендации.

       По результатам исследования предполагается создать продукт, который представляет собой буклет - памятку «Способы защиты от коррозии в быту».

В ходе выполнения работы были изучены некоторые публикации отечественных и зарубежных авторов о коррозии металлов.   В данных работах наше внимание привлекали материалы об истории появления теории электрохимической коррозии металлических материалов, способах  защиты от коррозии. В химических справочниках находили материал о строении веществ, которые составляют основу   защиты металлических изделий от коррозии, на основе чего пыталась прогнозировать  области их применения в быту. В энциклопедическом словаре юного химика под редакцией Ю.Н. Кукушкина[6]     мы смогли   найти материал об особенностях  простых   способов  защиты от коррозии в жизнедеятельности человека.

II. Основная часть.

2.1. Исторические факты.

 Люди издавна  интересовались вопросами защиты металла от коррозии. Древнегреческий историк Геродот (v в. до н.э.) и древнеримский ученый Плиний старший (1 в. н.э.) упоминают о применении олова для защиты железа от ржавчины.

Средневековые алхимики мечтали о получении нержавеющего железа. Уже в двадцатых годах 19 века электрохимическую коррозию изучают Г. Дэви и М. Фарадей.[1, стр.25] С тех пор во многих странах мира было выполнено очень много работ по коррозии различных металлических материалов. Однако правильной, научно обоснованной теории коррозии не было. Существовала лишь теория, выдвинутая в 1830 г. швейцарским ученым Де ла Ривом, оказавшаяся неверной, согласно которой подвергаться коррозии может лишь такой материал, в котором есть инородные включения.

В начале тридцатых годов 20 века советский ученый А.Н. Фрукин, изучая амальгамы металлов, показал, что активный металл амальгамы растворяется в кислотах, хоть амальгама- это однородное вещество. В 1935 году А.И. Шультин объяснил коррозию, как индивидуальных металлов, так и сплавов. Он рассмотрел механизм протекания процессов коррозии и факторы, влияющие на его скорость.[6.стр.65]

В том же 1935 году Я.В. Дурдин также высказал обоснованную им мысль о растворении металлов в кислотах без наличия инородных включений в них. Таким образом, советские ученые, в первую очередь Шультин и Дурдин, сформировали теорию электролитической коррозии металлических материалов.

2.2. Теория коррозии металлов.

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие их взаимодействия с окружающей средой.

В основе этого взаимодействия лежат химические и электрохимические реакции, а иногда и механическое воздействие внешней среды. Способность металлов сопротивляться воздействию среды называется коррозионной стойкостью или химическим сопротивлением материала. Металл, подвергающийся коррозии, называют корродирующим металлом, а среда, в которой протекает коррозионный процесс - коррозионной средой. В результате коррозии изменяются свойства металла, и часто происходит ухудшение его функциональных характеристик.[3, стр.102] 

Металл при коррозии может частично или полностью разрушаться. Химические соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла и коррозионной среды, называют продуктами коррозии. Продукты коррозии могут оставаться на поверхности металла в виде оксидных пленок, окалины или ржавчины. В зависимости от степени сцепления продуктов коррозии с поверхностью металла наблюдаются различные случаи. Например, ржавчина на поверхности железных сплавов образует рыхлый слой, процесс коррозии распространяется далеко вглубь металла и может привести к образованию сквозных язв и свищей. Напротив, при окислении алюминия на поверхности образуется плотная сплошная пленка оксидов, которая предохраняет металл от дальнейшего разрушения.

       В начале нашего века из нью-йоркского порта вышла в открытый океан красавица яхта. Ее владелец, американский миллионер, не пожалел денег, чтобы «удивить» свет: корпус яхты был сделан из очень дорогого в то время алюминия, листы которого скреплялись медными заклепками. Это было так красиво: сверкающий серебристым блеском корабль, усеянный золотистыми головками заклепок! Однако недолго наслаждался владелец новой яхты. Через несколько дней, когда в океане поднялось легкое волнение, обшивка корпуса вдруг начала расходиться, и яхта быстро пошла ко дну. Команда едва успела спустить на воду шлюпку, которые… также были из алюминия с медью. К счастью, незадачливых мореплавателей подобрало проходившее мимо судно.       Вам, разумеется, ясно, что произошло. Каждая медная заклепка в морской воде образовала с алюминием гальваническую пару. Алюминий - более активный металл, чем медь, поэтому он разрушался, пока, в конце концов, вокруг каждой заклепки не образовалась дыры.[5, стр.47]

        Несколько лет назад выяснилась новая опасность: микробиологическая коррозия. Оказалось, что некоторые микроорганизмы выделяют вещества, которые способны разъедать многие металлы. Да еще как разъедать! Из общего количества металлов, гибнущих от различных видов коррозии, 25 процентов приходится на долю коррозии микробиологической.

 Коррозия является физико-химическим процессом, и закономерности ее протекания определяются общими законами термодинамики и кинетики гетерогенных систем. Различают внутренние и внешние факторы коррозии. Внутренние факторы характеризуют влияние на вид и скорость коррозии природы металла (состав, структура и т.д.). Внешние факторы определяют влияние состава коррозионной среды и условий протекания коррозии (температура, давление).[4,стр. 234]  

      Металл или металлический сплав коррозионностоек, если он хорошо сопротивляется воздействию внешней агрессивной (коррозионной) среды. Металл может в одних условиях быть коррозионностойким, а в других условиях нестойким.

          Мерой коррозионной стойкости служит скорость коррозии металлов в данной среде и в данных условиях. Количество разрушенного металла можно также вычислить.

Если коррозия металлов довольно равномерно распределяется по всей поверхности металла, то коррозию называют равномерной. Если же значительная часть поверхности металла свободна от коррозии и последняя сосредоточена лишь на отдельных участках, то ее называют местной. При одинаковой примерно скорости коррозии металлов в случае сосредоточенной, местной, коррозии потеря прочности может быть гораздо большей, чем в случае равномерной коррозии.[7] 

2.3. Виды коррозии

     В настоящее время существует более двух десятков вариантов ржавления. Мы приведем только самые основные виды коррозии. Условно их можно поделить на следующие группы:[4] 

Химическая коррозия – процесс взаимодействия с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислителя проходят в одном акте. Металл и окислитель не разделены пространственно. Такое изменение металла встречается довольно часто. Ярким примером является появление окалины в результате взаимодействия металлических изделий с кислородом. Высокая температура в этом случае выступает ускорителем процесса, а участвовать в нем могут такие жидкости, как вода, соли, кислоты, щелочи и растворы солей. Если говорить о таких материалах, как медь или цинк, то их окисление приводит к возникновению устойчивой к дальнейшей коррозии пленки. Стальные же изделия образуют окиси железа. Дальнейшие химические процессы приводят к возникновению ржавчины, которая не обеспечивает никакой защиты от дальнейшего разрушения, а наоборот, способствует этому. В настоящее время все виды химической коррозии устраняются при помощи оцинковки. Могут применяться и другие средства защиты.

Электрохимическая коррозия – процесс взаимодействия металла с раствором электролита. Ионизация атомов и восстановление окислителя проходят в разных актах, однако скорость во многом зависит от электродного потенциала. При таком виде разрушения процесс протекает при соприкосновении металла с электролитом. В качестве последнего может выступать конденсат или дождевая вода. Чем больше в жидкости содержится солей и кислот, тем выше электропроводность, а следовательно, и скорость протекания процесса. Что же касается наиболее подверженных коррозии мест металлической конструкции, то это заклепки, сварные соединения, места механических повреждений. В случае если конструкционные свойства сплава железа делают его устойчивым к ржавлению, процесс несколько замедляется, однако все равно продолжается. Ярким примером является оцинковка. Дело в том, что цинк имеет более отрицательный потенциал, нежели железо. По этой простой причине сплав железа восстанавливается, а цинк коррозирует. Однако наличие на поверхности оксидной пленки сильно замедляет процесс разрушения. Безусловно, все виды электрохимической коррозии являются крайне опасными и иногда с ними даже невозможно бороться.

Газовая коррозия- процесс взаимодействия металла с  газом. Проходит в среде сухих газов и паров, т.е. без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах. Она наблюдается при плавлении и термической обработке металлов, при эксплуатации газовых турбин, химических аппаратов, двигателей внутреннего сгорания и других металлических изделиях. Газовая коррозия – химическое ржавление металла при минимальном содержании влаги (не более 0,1 процента) и/или высоких температурах в газовой среде. Чаще всего данный вид встречается в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

 Помимо этого, существует еще огромное количество процессов ржавления. Все они и есть коррозия.

Виды коррозии, кроме вышеописанных, включают биологическое, радиоактивное, атмосферное, контактное, местное, целевое ржавление и др.

2.4 Промышленные методы защиты от «Рыжего пирата»[7, 10]

  В технике применяются следующие основные способы борьбы с Коррозией металлов.

      1.Изменение состава технического металла, т.е. введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию. Например, при введении в углеродистые или низколегированные стали 0,2 – 0,5% меди удается в 1,5 – 3 раза повысить коррозионную стойкость сталей в атмосферных условиях (медные стали). Нержавеющие стали содержат значительный пропен хрома (не менее 12%), который очень легко переходит в пассивное состояние и, входя в твердый раствор с железом, передает это свое свойство всему сплаву. Введение никеля и особенно молибдена делает, нержавеющие стали стойкими не только по отношению к влажной атмосфере и пресной воде, но также заметно повышает их устойчивость к растворам серной и соляной кислот, а также к морской воде.

       2.Защитные покрытия – слои, искусственно создаваемые на поверхности металла с целью предохранения его от коррозии. Защитные покрытия выполняют свои функции не только тем, что изолируют металл от внешней среды (влажного воздуха, раствора). Металлические покрытия часто выбираются с таким расчетом, чтобы они по отношению к защищаемому металлу были анодными, т. е. чтобы их электродный потенциал (в условиях эксплуатации) был отрицательным, чем материал конструкции. В состав лакокрасочных покрытий (грунтовки) часто вводят пигменты, являющиеся ингибиторами (замедлителями).

      3. Изменение состава среды (обработка коррозионной среды) – введение в состав внешней среды таких веществ, которые замедляют коррозию металлов или удаление из состава среды компонентов, которые особенно опасны в коррозионном отношении. Обработка среды может применяться только в таких случаях, когда коррозионная среда имеет постоянный и не очень  большой объем. Так, в охлажденную воду (для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, холодильных устройств) вводят небольшое количество бихромата натрия. Некоторые замедлители (в том числе и бихромат натрия) небезопасны. Другими распространенными замедлителями для железа и стали являются нитрит натрия, силикат натрия и гексаметафосфат натрия.

       4.Электрохимические методы. Сущность методов состоит в том, что защищаемая конструкция подвергается катодной поляризации. Если катодная поляризация получается в результате присоединения к конструкции постороннего анода со значительным электроотрицательным потенциалом, то такой способ защиты носит название протекторной защиты.

      5.Конструктивные меры. При конструировании машин и аппаратов, работающих в коррозионно-активных условиях, необходимо соблюдать ряд мер, уменьшающих коррозию металлов и увеличивающих долговечность конструкции. Прежде всего, обращают внимание на исключение неблагоприятных металлических контактов.  

             2.5 Пассивный метод защиты от «Рыжего пирата»[5]

    Технология пассивной защиты — это применение лакокрасочных составов различного назначения — нанесенные на металл, они перекрывают доступ кислорода и влаги к его поверхности.

Ржавчина в состоянии целиком и полностью разрушить металл. Если своевременно не найти начавшуюся коррозию и не предпринимать меры по сохранению и защите деталей и сооружений, результаты окажутся необратимыми — в конечном результате металл рассыплется. В случае, когда разговор идет о старенькой бочке на загородном участке, это одно и вовсе иное — в случае, когда на карту поставлена прочность основания жилого дома.

Не предоставим  « Рыжему пирату ни единого шанса!»

     Решать проблему ржавления железа нужно поэтапно. Перед тем как начинать какие-либо действия, необходимо определиться, надо ли удалять темный налет (и насколько это возможно) и какой вид защитного состава подойдет в каждом конкретном случае. Лакокрасочные материалы (ЛКМ) в зависимости от своей пленкообразущей способности (а именно она и будет препятствовать окислению металла) подразделяют на три категории.

Протекторные краски для защиты металла от ржавчины должны содержать порошки алюминия, цинка и магния.  Составы, которые создают барьер на пути кислорода и влаги путем механической изоляции поверхности. Чаще всего в этой роли выступает краска или грунт-краска, определенные виды которых можно наносить прямо на ржавчину. Эффективность такой защиты целиком зависит от степени адгезии краски с поверхностью — ведь даже минимальная оставшаяся трещина (царапина) позволит кислороду вновь добраться до металла, и тогда уже появится под пленочная коррозия, бороться с которой гораздо сложнее, — увы, вовремя обнаружить ее удается далеко не всегда. Различают промежуточные (чаще всего это грунты) и основные барьерные составы.

    Лакокрасочные составы, обеспечивающие пассивацию металла. За счет химического взаимодействия его поверхности и компонентов краски металл переходит в неактивное состояние. В результате коррозия замедляется или вовсе прекращается. Эффект пассивации дают краски и грунты, в составе которых содержатся фосфорная кислота или ингибирующие пигменты. Процессу окисления в этом случае будут подвергаться порошки донорских металлов, а основание останется неповрежденным коррозией.

    Непосредственно окраску металла производят в соответствии с выбранной системой защиты. Но перед этим необходимо подготовить поверхность.

   Металлические поверхности перед нанесением краски желательно очистить от пятен ржавчины. Чаще всего такой обработке подвергают язвенную ржавчину, точечную, в виде пятен. Очистить поверхность можно химическим и механическим способом. Для механической обработки используют пескоструйный, дробеструйный инструмент либо специальные металлические щетки или наждачную бумагу. Последний способ в быту наиболее популярен, а вот первые два требуют наличия дорогостоящего оборудования и площадей промышленного масштаба.

    Также в зависимости от степени загрязнения поверхностей (средняя или высокая) применяют химический метод очистки: с помощью преобразователя ржавчины — это состав, который содержит ортофосфорную кислоту (она превращает ржавчину в стабильные фосфаты железа) либо танин (он образует танат железа, прочно сцепляющийся со сталью). Например, для чугунных, стальных, оцинкованных и алюминиевых поверхностей подойдут такие составы, как «Фосфомет»,  ИФХАН 58-ПР,  грунт «Оптимист»; для внутренних работ — нейтральный преобразователь без запаха Metallfix.[8]       

  Если необходимо обработать предметы и устройства, которые большую часть года находятся на открытом воздухе (садовые скамейки, бочки, трубы, ограждение крыльца, ворота, стальные и оцинкованные крыши), применяют преобразователи ржавчины со специальными свойствами, например, «Фосфомет-зима», «Грунт-эмаль «З в 1», имеющий разные цвета. Применение такого грунта позволит одновременно очистить, защитить и окрасить поверхности, например, при ремонте кровли или металлического забора.[11]

 Типы составов для ржавых поверхностей:

1 - растворитель ржавчины;

2 —краска-эмаль по ржавчине;

3—праймер (грунт) для обработки поверхности;

4 — молотковая краска;

5—защитная краска с порошком металлов.  

    В процессе нанесения преобразователя металл сразу же реагирует — меняет цвет. Так как все подобные составы содержат очень сильную кислоту, при работе с этими средствами необходимо соблюдать меры предосторожности, пользоваться защитной одеждой, перчатками, маской.

      После механического и химического удаления ржавчины приступают непосредственно к нанесению защитных составов. Здесь требуется соблюсти одно важное условие. Финишный слой должен обладать достаточной толщиной, износостойкостью, долговечностью, не разрушаться под воздействием погодных условий. Создать достаточно толстое покрытие даже в несколько слоев, используя один лакокрасочный состав, сложно. Большинство из них имеет максимально допустимую толщину нанесения, превышение которой снизит качество самого покрытия. Поэтому желательно непосредственно под защитную краску использовать подготовительную грунтовку, алкидную, полиуретановую или акриловую. Последняя оптимальна для работ внутри помещений, так как обладает меньшей токсичностью. Она подойдет для грунтования лестничных ограждений, решеток каминов и окон, конструкций люстр, зеркал, металлических дверных ручек. Например, можно выбрать акриловый грунт по металлу ВДАК Р-150, «Аква металл и к» для черного металла, грунт АК-070  — для алюминиевой, титановой, углеродистой стали.[12]

Для наружных работ предпочтительны полиуретановые либо эпоксидные грунты, так как они обладают повышенной   износостойкостью и способны проникать внутрь поверхности, например, в случае если требуется произвести ремонт ветхих материалов.   Составы на основе эпоксидной смолы, как правило, менее прихотливы к подготовке поверхности.

Удаление ржавчины:

1 —зачищаем поврежденную поверхность щеткой;

2-обезжириваем и наносим грунтовку;

3-покрываем защитной краской

    В отличие от акриловых грунты на основе алкидной смолы образуют более стойкое к воздействию воды покрытие, обладают прочностью.[11] Есть эмали, которые не содержат преобразователь ржавчины, но за счет наличия определенных компонентов упрочняют поверхности как грунт и образуют плотное покрытие даже в один слой.

Алкидные эмали подходят как для внутреннего применения, так и для наружного, но поскольку они довольно токсичны, при работах внутри дома требуется хорошее проветривание. Выбирая алкидную грунт-эмаль, стоит обратить внимание, для каких металлов она подходит: одни составы предназначены для черных, другие для цветных металлов.

Особое место среди грунт-эмалей занимает молотковая краска, ее еще называют кузнечной. Прочная молотковая эмаль предназначена для окрашивания изделий художественной ковки — деталей заборов, ворот, лестниц, каминов, металлической мебели, любых других декоративных элементов из цветных металлов. Покрытые этим составом предметы вполне выдержат зимовку у нас на Таймыре.   При этом поверхности можно не грунтовать — продукт содержит преобразователь ржавчины, грунт и цветную эмаль. Но это не главное достоинство кузнечной краски. В процессе ее нанесения на поверхности образуется красивый декоративный рисунок — раковины, структуры, неровности. Даже цвета молотковых составов необычны: серебристо-серый, изумрудно-зеленый, светло-синий. Наиболее известные и распространенные предложения по молотковым краскам у HAMMERITE, краска «Молотекс».[9]

III ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Цель экспериментальных исследований:

1. Подтвердить, что  ведущую роль в процессе коррозии играет кислород;

2. Подтвердить, что в процессе электрохимической коррозии образуется гальваническая пара способствующая защите сплавов.

2.1. Методика исследований[10]

Опыт 1. Роль кислорода в процессе коррозии металлов.

В две пробирки опустить по одной железной скрепки. В третью пробирку опустить кусочек лезвия бритвы (легированная сталь).  В первую пробирку налить до краев свежекипяченую и остуженную воду. Заткнуть пробирку резиновой пробкой так, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха. Во вторую пробирку налить раствор солей имитирующих морскую воду. Оставить пробирки на пять дней. (приложение 1. Фото 1,2.)

Опыт 2. Гальваническая пара.

В две чашки Петри положить фильтровальную бумагу и смочить ее раствором солей имитирующих морскую воду. В первую чашку на мокрый фильтр положить гранулу цинка, зажатую в железную скрепку. Во вторую чашку положить медную проволоку, зажатую в железную скрепку. Оставить чашку Петри на два дня, периодически (по мере испарения воды) увлажняя фильтр.

2.2. Результаты исследований

Опыт 1.

  В первой пробирке железная скрепка не подверглась коррозии. Это объясняется тем, что в наполненную до краев и закрытую пробирку не мог проникнуть атмосферный кислород, и соответственно процесс окисления железа не происходил.

Во второй пробирке железная скрепка подверглась коррозии. Это объясняется тем, что пробирка была незакрыта, и соответственно кислород в присутствии воды реагировал с железом с образованием ржавчины.

В третьей пробирке лезвие бритвы также подверглось коррозии, но незначительно. Так как лезвие изготовлено из легированной стали, в состав которой входят антикоррозионные металлы. (Приложение . Фото 5. )

Опыт 2.

 В первой чашке Петри, где находилась гальваническая пара цинк - железо через два дня увидели, что железная скрепка не подверглась коррозии, но на цинке образовался белый налет. Если налет смыть, то на ощупь можно почувствовать, что цинк немного разъело (коррозия). Таким образом, цинк защитил железо от коррозии, т.к. в электрохимическом ряду напряжений металлов цинк стоит до железа и соответственно более активен в реакциях окисления.

Во второй чашке Петри, где находилась гальваническая пара железо - медь через два дня увидели, что железная скрепка подверглась коррозии, а медная пластинка нет. Это объясняется тем, что медь в электрохимическом ряду напряжений металлов находится после железа, следовательно, медь более пассивный металл и меньше подвержен окислению. Поэтому медь не смогла защитить железо от коррозии.  (Приложение 1. Фото 3,4.)

Выводы:

1. в процессе коррозии металлов ведущую роль играет кислород, который в присутствии воды реагирует с железом и окисляет его;

 2. в процессе электрохимической коррозии сплавов образуется гальваническая пара, которая способна защитить железо от коррозии.

IV.   Заключение

     В ходе необычного путешествия по царству «Рыжего пирата» и результатов    лабораторных опытов стало очевидно, что  выдвинутая гипотеза нашла свое подтверждение, в связи с чем были сделаны следующие выводы:

1.  Коррозия металлов зависит от свойства материалов, из которых изготовлены конструкции и природы окружающей среды.

2. Выделяют два основных типа коррозии: химическая и электрохимическая. Наибольшую распространенность приобрела электрохимическая коррозия. Это объясняется тем, что окружающая среда представляет собой смесь различных электролитов в воде.

3. Необходимо совершенствовать и разрабатывать новые  методы защиты от коррозии, а также улучшать качество легированных сталей, используемых в производстве.

     В эпоху современных конструкционных материалов, используемых в машиностроении, проблема коррозии до сих пор остается актуальной.

 Возможно, в будущем установится баланс, при котором от коррозии будет теряться примерно столько же металла, сколько его будет выплавляться вновь.

   Значит, и для нас, будущих ученых-химиков, в стране «Рыжего пирата»    есть   огромный пласт работы: исследовать,  изучать и открывать новые химические формулы  материалов, которые помогу человечеству защититься от любых форм коррозии и совершенствовать старые способы защиты от коррозии.

V. Литература

1. Аликберова Л.Ю.Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. –М.:АСТ-ПРЕСС, 2002.

2. Артеменко А.И. Применение органических соединений. – М.: Дрофа, 2005.

3. Балезин С.А. Отчего и как разрушаются металлы. Пособие для учащихся. Изд. 3-е, перераб. М., «Просвещение», 1976.

4.  Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под ред. А.И. Ермакова. - изд. 30-е, исправленное - М.: Интегралл-Пресс, 2007.

5. Жолондковский О.И., Лебедев Ю.А. Бой с пожирателями металла. - М.: Знание, 1984.

6. Кукушкин Ю.Н.Энциклопедический  словарь юного химика.– М. Дрофа, 2012.  

7.  Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова К.А. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987.

8. http://ismith.ru/metal/zashhita-ot-korrozii-metalla/

9. http://stroy-server.ru/notes/korroziya-metallov-i-sposoby-zashchity-ot-nee

10.http://msd.com.ua/str/25.html

11. http://townevolution.ru/books/item/f00/s00/z0000028/st048.shtml

12.http://stroyremned.ru/stroimateriali/metal/234-sposoby-zaschity-ot-korrozii-13 metallov.html

13. http://www.infrahim.ru/

Электронная литература

1.  Электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2007.

2.. Электронная энциклопедия «Хочу все знать! Машины и технологии», 2005.

Приложение 1

Приложение 2

Буклет – памятка

« Способы защиты от коррозии в быту»

Существуют  «народные» средства против ржавчины.[13]

         И обычное железо, и даже высококачественная сталь во влажном воздухе, который наверняка присутствует в гаражах, сараях и прочих подсобных помещениях подвергаются коррозии — постепенно покрываются буро-коричневой рыхлой пленкой ржавчины. Порой абсолютно новая вещь, случайно оставленная под открытым небом или «забытая» на зиму на даче, покрывается неприятной на вид бурой коростой. Ржавчина, которая состоит из смеси оксида железа не защищает его поверхность от дальнейшей «агрессии» со стороны кислорода воздуха и воды, и со временем некогда прочный железный предмет разрушается (очень часто полностью).

                               Секреты удаления ржавчины есть.

 Ржавчину проще всего снять обработкой разбавленным водным раствором соляной или серной кислоты, содержащим ингибитор кислотной коррозии уротропин. Ингибиторы (от латинского «ингибео» — останавливаю, сдерживаю) — вещества, тормозящие химическую реакцию (в данном случае реакцию растворения металла в кислоте). Но ингибитор коррозии не мешает взаимодействию кислоты с оксидом и гидроксидом железа, из которых состоит ржавчина.

         Если заржавели оконные шпингалеты, мелкие детали велосипеда, болты или гайки, их погружают в 5% раствор кислоты с добавкой 0,5 г уротропина на литр, а на крупные вещи такой раствор наносят кистью.

     Использовать растворы сильных кислот без ингибитора рискованно: можно растворить не только ржавчину, но и само изделие, поскольку железо — активный металл и взаимодействует с сильными кислотами с выделением водорода и образованием солей. В качестве ингибитора кислотной коррозии при удалении ржавчины можно использовать и картофельную ботву. Для этого в стеклянную банку кладут свежие или засушенные листья картофеля и заливают 5-7%-й серной или соляной кислотой так, чтобы уровень кислоты был выше примятой ботвы. После 15-20-минутного перемешивания содержимого банки кислоту можно сливать и использовать для обработки ржавых железных изделий.

        Преобразователь ржавчины превращает ее в прочное покрытие поверхности коричневого цвета. На изделие кистью или пульверизатором наносят 15-30%-й водный раствор ортофосфорной кислоты и дают изделию высохнуть на воздухе. Еще лучше использовать ортофосфорную кислоту с добавками, например, 4 мл бутилового спирта или 15 г винной кислоты на 1 л раствора ортофосфорной кислоты. Ортофосфорная кислота переводит компоненты ржавчины в ортофосфат железа FePO4 , который создает на поверхности защитную пленку. Одновременно винная кислота связывает часть производных железа в тетрадные комплексы.

Металлические поверхности, сильно изъеденные ржавчиной, обрабатывают:

 смесью 50 г молочной кислоты и 100 мл вазелинового масла. Кислота превращает метагидроксид железа из ржавчины в растворимую в вазелиновом масле соль . Очищенную поверхность протирают тряпочкой, смоченной вазелиновым маслом; раствором 5 г хлорида цинка и 0,5 г гидротартрата калия в 100 мл воды. Хлорид цинка в водном растворе подвергается гидролизу и создает кислую среду. Отворачивать приржавевшие гайки помогает смачивание керосином, скипидаром или олеиновой кислотой. Через некоторое время гайку удается отвернуть. Затем можно поджечь керосин или скипидар, которым ее смачивали. Обычно этого достаточно для разъединения гайки и болта. Самый последний способ: к гайке прикладывают сильно нагретый паяльник. Металл гайки расширяется, и ржавчина отстает от резьбы; теперь в зазор между болтом и гайкой можно впустить несколько капель керосина, скипидара или олеиновой кислоты, и на этот раз гайка отвернется ключом.

    Есть и другой способ разъединения ржавых гайки и болта. Вокруг заржавевшей гайки делают «чашечку» из воска или пластилина, бортик которой выше уровня гайки на 3-4 мм. Заливают в чашечку разбавленную серную кислоту и кладут кусочек цинка. Через сутки гайка легко отвернется ключом. Чашечка с кислотой и металлическим цинком на железном основании — это миниатюрный гальванический элемент. Кислота растворяет ржавчину, и образовавшиеся катионы железа восстанавливаются на поверхности цинка; в то же время металл гайки и болта не растворяется в кислоте до тех пор, пока у кислоты есть контакт с цинком, поскольку цинк более активный в химическом отношении металл, чем железо.

    Чтобы предохранить от ржавления столярный или слесарный инструмент, его смазывают с помощью кисточки раствором 10 г воска в 20 мл бензина. Воск растворяют в бензине на водяной бане, не используя открытого огня (бензин огнеопасен).

   Полированный инструмент защищают, нанося на его поверхность раствор 5 г парафина в 15 мл керосина. А старинный рецепт мази для защиты металла от ржавчины таков: растапливают 100 г свиного жира, добавляют 1,5 г камфоры, снимают с расплава пену и смешивают его с графитом, растертым в порошок, чтобы состав стал черным. Остывшей мазью смазывают инструмент и оставляют его на сутки, а потом полируют металл шерстяной тряпочкой.

    Чтобы в будущем не мучиться, отворачивая крепежные изделия с проржавевшей резьбой, ее заранее смазывают смесью вазелина с графитовым порошком. Вместо вазелина можно взять и любую другую жировую смазку нейтрального или слабощелочного типа. Болты и гайки на такой смазке легко отворачиваются даже через несколько лет пребывания под открытым небом.