Конспект урока 9 кл. "Коррозия металлов"

Посмотрите на слайд? Что вы видите? Эта замечательная башня является символом Франции. изготовлена из обычной стали.Еѐ красили18 раз, отчего ее масса, равная первоначально 900 т, каждый раз увеличивается на70 тонн. Как вы думаете зачем это делают? Кто попробует сформулировать тему сегодняшнего урока.

Это коварный и давний, опасный враг большинства применяемых в технике и быту металлов. Днём и ночью он ведёт наступление на позиции своих недругов. Коварство этого извечного врага в том, что он невидимый, всегда остаётся целым и невредимым. А металлы и сплавы несут огромные потери.

Итак что же такое коррозия? Давайте дадим определение. Коррозия- (от лат.corrodere-разъедать)называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды.

Коррозия наносит прямой ущерб, ежегодно от неё теряется около 1/3 произведённого за год во всём мире металла, но и косвенно разрушает конструкции, на которые был затрачен труд (машины, крыши, памятники архитектуры, мосты…) Тратятся ежегодно огромные средства на борьбу с этим явлением. Коррозия не щадит памятники архитектуры: Царь-пушку (1586 г.), Царь-колокол (1735 г.), медный всадник в Санкт-Петербурге, Памятник Минину и Пожарскому в Москве, только в этом случае налёт тёмно-зелёный, его называют патиной. В результате коррозии уменьшается прочность, блеск, снижается электропроводность, возрастает трение между деталями.

Древнегреческий историк Геродот Галикарнасский (Vв. до н. э.) и древнеримский ученый Плиний старший (Iв. До н.э.) упоминают о применении олова для защиты железа от ржавчины.

В  ХIХв. Г.Деви и М.Фарадей изучают электрохимическую коррозию.

Рассмотрим классификацию коррозии.

По характеру разрушения коррозия делится на :

Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия, проистекающая в сухих газах при полном отсутствии влаги. Газообразное вещество окружающей среды реагирует с металлом на поверхности металлического изделия и образует с ним соединения.

Электрохимическая коррозия — это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Опытным путём установили, что металл быстрее окисляется ионами водорода, если он находится в контакте с менее активным металлом.

Экспериментальная страница                                                                                                                Группа учащихся за месяц закладывают опыты, ведут за ними наблюдения, фиксируют их                 Цель: Исследовать влияние сред, контактов металлов на скорость коррозии

1й стакан – заполнили обыкновенной водопроводной водой и опустили в него гвоздь.

2й стакан – заполнили водопроводной водой, добавили поваренной соли и опустили в него гвоздь.

3й стакан – заполнили водопроводной водой с поваренной солью, к гвоздю прикрепили медную               проволоку и опустили в стакан.

4й стакан - заполнили водопроводной водой с поваренной солью, к гвоздю прикрепили предварительно зачищенную наждачной бумагой алюминиевую проволоку и опустили в стакан.

5й стакан - заполнили водопроводной водой с поваренной солью,  добавили в раствор гидроксид натрия и опустили в него железный гвоздь.

Итоги опыта:

1й стакан – железо слабо прокорродировало, в чистой воде коррозия идет медленнее, так как вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию.

2й стакан – химическая коррозия. Но здесь скорость коррозии гораздо выше, чем в первом случае, следовательно, хлорид натрия увеличивает скорость коррозии.

3й стакан – железный гвоздь в контакте с медной проволокой опущен в раствор хлорида натрия. Скорость коррозии очень велика, образовалось много ржавчины. Следовательно, хлорид натрия – это сильнокоррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее активным металлом – медью.

А (+) на железе                                     на меди К(-)

                                    

4й стакан – так же наблюдается коррозия железного гвоздя, алюминиевая проволока остается без изменений, хотя её перед началом опыта была очищена от оксидной пленки наждачной бумагой, вероятно, оксидная пленка образовалась снова.

5й стакан – железный гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксид натрия. Коррозия железа в данном случае  отсутствует.

Выводы:  Мы убедились на опыте, что коррозию железа можно уменьшить помощью гидроксида натрия.   Он  замедляет процесс коррозии, а гидроксид анионы являются ингибиторами, то есть замедлителями коррозии. Из моих наблюдений можно сделать вывод, что алюминий для протекторной защиты исполь-зовать нельзя, так как железо все равно разрушается.

Примеры коррозии

1. Консервная банка (луженое железо) представляет собой гальваническую пару железо–олово. Пока банка герметически закрыта, контактная пара не находится в среде, проводящей электрический ток, и банка может не подвергаться коррозии длительное время. Известен случай, когда консервная банка пролежала в земле около ста лет и не подверглась коррозии. Но стоит банку вскрыть, как незамедлительно начинается всепожирающий процесс коррозии. При этом электроны от железа, как более активного металла, переходят на олово. Между поверхностью оловянного покрытия и раствором возникает разность потенциалов. Ионы водорода из воды или кислоты собираются на поверхности малоактивного металла, где восстанавливаются с помощью электронов, идущих от растворяющегося железа. Чем более кислый раствор, тем коррозия интенсивней. В этом случае «работает» гальванический элемент. Железо служит растворимым анодом, а олово – катодом:

анод: Fe⁰ – 2e = Fe²⁺,
катод: 2Н⁺ + 2e = Н₂.

2. Основа оцинкованного ведра – железо, поверхность – серебристо-белый блестящий металл - Zn. По мере использования поверхность ведра покрывается буровато-беловатыми пятнами, разводами. Цинк в данной гальванической паре, как более активный металл, будет являться анодом и в присутствии среды, проводящей электрический ток, будет разрушаться, железо же не ржавеет. Поэтому оцинкованные ведра сравнительно недороги и служат долго.
Состав бело-бурых пятен – в основном гидроксид цинка. Химизм процесса:

анод: Zn⁰ – 2e = Zn²⁺,
катод: 2Н⁺ + 2e = Н₂.

Zn²⁺ + 2OH^– = Zn(OH)₂.

«Стригущий лишай цинковых покрытий» – это картина одного из видов коррозии цинка, внешне очень похожая на известное грибковое заболевание. Замечено, что в помещениях цинк корродирует быстрее, чем на открытой ветрам и дождям оцинкованной крыше. Происходит это потому, что продукты коррозии (оксид, гидроксид и карбонат цинка) не смываются дождями. Образовавшиеся отложения «белой ржавчины» впитывают влагу, и на оцинкованной поверхности разрастаются светлые пятна.
Интересно еще одно обстоятельство: мягкая вода вызывает более сильную коррозию этого металла, чем вода, содержащая в большом количестве соли жесткости. Жесткая вода действует менее агрессивно,  т. к. осадок карбонатов образует на цинковой поверхности довольно прочное защитное покрытие

Проблема коррозии появилась, как только появился  первый металл. Очевидно, её никогда не удастся разрешить  полностью, и самое большое, на что можно рассчитывать в настоящее время – это замедлить «Возвращение металлов к природе».

В ноябре 2007 года в Керченском заливе во время сильного шторма затонуло 12судов. Все они были насквозь проржавевшими. Один из них - танкер «Волгонефть-139» разломился пополам. В море вылилось 2000 т мазута

В результате погибло 35 000 птиц, несколько десятков километров береговой

линии оказались загрязненными. Предварительный ущерб равен 30 млрд. рублям.

Самое страшное, что погибли люди. Причиной этого экологического бедствияявился не только шторм, но и человеческий фактор: такие суда нельзя допускать кэксплуатации! (Журнал «Огонек» № 49. ноябрь, 2007.)

Великий Гёте сказал: «Просто знать ещё не всё, знания нужно уметь использовать»

  Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел или покрытием другими металлами. В трудах древнегреческого историка Геродота (V век до н.э.) уже упоминается о применении металла олова для защиты железа от коррозии.

Один из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии — нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали. Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги.                                                  

В производстве широко используют химическое нанесение металлических покрытий на изделия: цинк, олово, хром, никель.

Ингибиторы коррозии металлов.   Ингибиторы – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Известно, что дамасские мастера для снятия окалины и ржавчины пользовались растворами серной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте действовать на оружейный металл, в результате чего растворялись лишь окалина и ржавчина.

Пассивация металлов – образование на поверхности металла плотной оксидной плёнки. Еще в 1836 г. знаменитый английский химик М. Фарадей высказал предположение, что причиной пассивации является образование на поверхности металла плотной оксидной пленки. В свое время на это предположение не обратили должного внимания. Лишь через 100 лет эти взгляды возродил и развил известный русский ученый В.А. Кистяковский. После него этот взгляд на пассивацию оформился в виде теории. Согласно ей при пассивации на поверхности металла образуется сплошная и плотная оксидная (реже хлоридная, сульфатная, фосфатная) пленка толщиной в несколько десятков нанометров.