СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА НЕЕ

 «Скорость протекания коррозии и способы защиты от неё»

Основная статья

Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Именно коррозия является главной проблемой XXI века.

Сам термин «коррозия» происходит от латинского слова  corrodere, что означает разъедать, разрушать. Про коррозию известны русские народные поговорки, одна из них: «Ржа ест железо». Также существуют у поэта В. Шефнера образные строки:

                                               Коррозия – рыжая крыса,

                                               Грызёт металлический лом.

Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведённого в мире железа. Однако не только потеря металлов, но и порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Помимо этого коррозия вызывает серьёзные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит  к загрязнению окружающей среды, что отрицательно влияет на здоровье и жизнь людей.

Коррозию металлов и сплавов (их окисление) вызывают такие  компоненты окружающей среды, как вода, кислород,  оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, водные растворы  солей. В результате ежегодно теряется от 1 до 1,5% всего металла, накопленного и эксплуатируемого человечеством.

Своим исследованием мы хотели бы ответить на следующие вопросы:

1. Изучить скорость  протекания коррозии в различных средах.
2. Выявить среду, в которой скорость коррозии замедляется.
3. Изучить основные методы защиты металлов, и, с помощью поставленного опыта, дополнить или опровергнуть их.

Наша первоначальная гипотеза такова:

1.      Можно ли замедлить процесс коррозии, изучив скорость ее протекания в различных средах и на различных металлах.

Цель исследования: изучить в различных средах протекание коррозии за определенный промежуток времени

Задачи исследования:

1. Найти информацию о коррозии металлов;

2. Поставить опыт, чтобы узнать, как скоро будет протекать коррозия в разных средах;

3. Изучить способы защиты от неё.

Объект исследования: коррозия железа

Предмет исследования: железный гвоздь

Методы исследования:

            - обзор и анализ литературы по изучению коррозии;

            - лабораторные исследования по скорости протекания коррозии в различных средах.

Изучив различные источники информации, нами был структурирован материал о видах коррозии, средах, в которых она протекает, способах защиты от нее.

Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.

Электрохимическая коррозия

Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. При электрохимической коррозии  всегда требуется наличие электролита, с которым соприкасаются электроды.

Химическая коррозия

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте.

 Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной или  агрессивной средой.

 По степени воздействия на металлы коррозионные среды целесообразно разделить на:

         - неагрессивные;

         - слабоагрессивные;

         - среднеагрессивные;

         - сильноагрессивные.

Для определения степени агрессивности среды при атмосферной коррозии необходимо учитывать условия эксплуатации металлических конструкций зданий и сооружений.

Защита металлических конструкций от коррозии определяется агрессивностью условий их эксплуатации.

 Скорость коррозии металлов и металлических покрытий в атмосферных условиях определяется комплексным воздействием ряда факторов: наличием на поверхности фазовых и адсорбционных пленок влаги, загрязненностью воздуха коррозионно-агрессивными веществами, изменением температуры воздуха и металла, образованием продуктов коррозии и так далее.

  Вот и мы решили проверить, за сколько времени  пройдёт процесс коррозии, и как это будет происходить. Для этого мы провели опыт.  

    Сначала выбрали материал, с которым будем работать. Так как известно, что чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа, и особенно сильно корродирует этот металл  во влажном воздухе и воде.

Взяли 5 стаканов с водой и  в каждый положили железный гвоздь.

1-й стакан - контрольный;

2-й – добавили пищевую поваренную соль – NaCl;

3-й – гвоздь обкрутили медной проволокой;

4-й – гвоздь обкрутили зачищенной алюминиевой проволокой;

5-й – добавили едкий натр.

Эксперимент проходил 14дней. Через каждые 5 дней мы проверяли и записывали результаты. За это время  стаканы и их содержимое  изменяли свой вид. Рассмотрим протекание коррозии железных гвоздей в таблицах:

 

Эксперимент был заложен 5.10.2012 года

Стаканы Дни	1	2	3	4	5
1день проверки 9.10.2012г.	Гвоздь покрыт ржавчиной	Гвоздь покрыт ржавчиной, но не так сильно, как в первом стакане.	Гвоздь слегка покрыт ржавчиной	Гвоздь ржавый только с одной стороны	Ржавчины нет
2 день проверки-11.10.2012г	Гвоздь ржавый, появился осадок, гвоздь потемнел	Гвоздь тоже ржавый, но не сильно, осадок есть, но присутствует его мало	Ржавчины стало чуть больше, чем в первый день проверки, слегка виднеется осадок.	Ржавчина практически не наблюдается, лишь   есть несколько пятен с одной стороны гвоздя, а вот осадка достаточно, даже  чуть больше чем в 3стакане	Ржавчины по-прежнему нет, только около поверхности воды на конце гвоздя  образовался  ржавый налёт.
3 день проверки-12.10.2012года	По сравнению с остальными стаканами, в этом - самое большое количество ржавчины и осадка.	Не так много, как в первом стакане, но гвоздь  практически весь покрыт ржавчиной.	Осадка присутствует довольно много, гвоздь весь ржавый	Ржавчины стало чуть больше, чем во второй день поверки, а вот количество осадка не изменилось	Слегка виднеется ржавчина.
4 день проверки-16.10.2012г	Гвоздь весь ржавый, очень много осадка	Гвоздь стал ещё ржавее, чем в предыдущий день проверки	Осадка довольно много, так же как и ржавчины	Помимо гвоздя, на проволоке появился ржавый налёт.	Только с одной стороны гвоздя есть ржавчина
5 день проверки-18.10.2012г	Очень  много налёта, осадка, гвоздь весь покрыт ржавчиной, вода также приняла  рыжеватый оттенок	Также как и в первом стакане имеется  осадок, гвоздь покрыт ржавчиной, но чуть меньше, чем в первом стакане.	В стакане присутствует ржавчина	Все больше налёта становятся на проволоке, ржавчина усиливается	Коррозия происходит до раствора, а в  самом растворе – нет.

По этим таблицам видно, что с каждым днём коррозия металла возрастает, но в связи с содержанием стакана, то есть что в неё находится, она протекает по разному.

В первом стакане ржавчины было большое количество ещё в первый день проверки, а всё от того что  в нём присутствовала одна лишь вода из-под крана. В итоге оказалось, что в первом стакане  коррозия протекает больше и быстрее, чем в остальных.  Упрощенно этот процесс можно выразить следующим  уравнением химической реакции :

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Во второй стакан мы  добавили пищевую поваренную соль – NaCl. Поэтому ржавчины было чуть меньше, чем в первом стакане.

В третьем стакане находилась, помимо соли, воды и гвоздя,  медная проволока. В данном случае железо, как более активный металл, постепенно корродирует, переходя в воду в виде ионов железа.  Электроны, высвободившейся из атомов железа, перейдут к меди и на её поверхности соединятся с ионами водорода, выделившимися из компонентов водной среды. Этот электрохимический процесс можно представить  так:

Fe – 2e – Fe  (на железе);

2H + 2e – H2 (на меди);

Fe + 2H = Fe + H2 (в ионном виде).

В четвёртом стакане  присутствовали все компоненты, как и в третьем стакане, но медную проволоку мы заменили на алюминиевую. В конце опыта стало известно, что алюминиевая проволока  влияет на гвоздь довольно с большей силой, чем проволока из меди.

Ну и в пятый стакан с водой и гвоздём была добавлена щёлочь  NaOH. Она практически полностью защитила гвоздь от коррозии металла. 

При помощи этого опыта  выяснилось, что скорость протекания коррозии металла зависит от окружающей среды, в которой находится металл.

После проведения практического этапа мы пришли к следующим выводам:

На скорость протекания  коррозии железа можно повлиять. Раствор щелочи ингибирует процесс протекания коррозии за счет гидроксид анионов.

Так же выяснили, что алюминий нельзя использовать  в качестве протектора для защиты железа: на скорость протекания коррозии не влияет, - а металл все равно разрушается.

Способы для борьбы  с коррозией.

1)  Нанесение защитных  покрытий на поверхности предохраняемого от коррозии металла. Для этого часто используют масляные краски, эмали, лаки. Эти неметаллические покрытия дешёвые, но обычно недолговечные. Раз в два года, а иногда и чащё их требуется обновлять. Так например красят Эйфелеву башню в Париже. Предохраняемый металл можно покрыть слоем другого металла: золота, серебра, хрома, никеля, олова, цинка и др. Один из самых старых способов – это лужение, или покрытие железного листа слоем олова. Такое железо называют белой жестью.

Многие металлы при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от дальнейшего окисления.

2) использование нержавеющих сталей, содержащих специальные добавки. Например, «нержавейка», из которой изготавливают столовые приборы, содержит 12% хрома и 10% никеля.

3) Введение в рабочую среду, где находятся металлические детали, веществ, которые в десятки и сотни раз уменьшают агрессивность среды. Такие вещества называются ингибиторами коррозии. Ингибиторы коррозии входят в замкнутые системы охлаждения, в нефтепродукты и даже впрыскивают в газопроводы для снижения  коррозии труб изнутри.

4) Создание контакта с более активным  металлом – протектором. Например, для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют цинк.

В заключении, хотим отметить, коррозия – главная проблема человечества связанная с металлами, она несёт очень большие потери как физических, так и материальных средств.

Проект подготовили  при помощи учителя химии Леднёвой Дарьи Николаевны ученицы 9 класса МБОУ СОШ п.Дружба:

Азаренко Елена

Бурикова Кристина

Барабанова Евгения

Используемая литература:

1.                     Коррозия и борьба с ней". – Никифоров В. М. : Химия, 1989

2.                     "Химия 9 класс"- Габриелян О.С., 2009

3.                     http://www.bak.by/corrosy/

4.                     http://www.x-top.org/prikol/images/2006/10/31/46c0e1cdc0298.jpg

5.                     http://uas.su/books/newmaterial/61/images/001.jpg

6.                     http://him.1september.ru/2006/17/32-2.jpg

7.                     http://im5-tub-ru.yandex.net/i?id=199341176-20-72&n=21