Меню
Разработки
Разработки  /  Химия  /  Разное  /  9 класс  /  «Коррозия металлов и способы защиты от коррозии»

«Коррозия металлов и способы защиты от коррозии»

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.
10.02.2022

Содержимое разработки

МБОУ Средняя общеобразовательная школа № 98 Имени Героя Российской Федерации генерал-полковника Г. Н. Трошева.









ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ



по теме: «Коррозия металлов и способы защиты от коррозии»

по предмету «Химия»







Выполнил: учащийся 9В

Савченко А.

Руководитель проекта: Ломтева Ж. В., учитель химии

























Краснодар – 2022г.

Содержание



ВВЕДЕНИЕ


3

ГЛАВА I. ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ


6

1.1.

Понятие коррозии металлов


6

1.2.

Виды коррозии металлов


7

1.2.1.


Химическая коррозия

7

1.2.2.


Электрохимическая коррозия

8

1.3.


Защита металлов от коррозии

10

ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ


13

2.1.


Методика исследований

13

2.2.


Результаты исследований

19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


25

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


26





















ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время металлы и их сплавы являются наиболее важными конструкционными материалами. Но, к сожалению, очень часто под воздействием окружающей среды поверхность металла самопроизвольно разрушается, вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.

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.

Экономические потери от коррозии металлов в США и затраты на борьбу с ней составили 3,1 % от ВВП (276 млрд долл.). В Германии этот ущерб составил 2,8 % от ВВП [5].

В настоящее время ежегодные потери металлов в результате их коррозии в России составляют до 12 % общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30 % ежегодно производимого металла [1].

Но вред, наносимый коррозией, не сводится только к потере металла вследствие его разрушения (прямые потери), больший вред наносят косвенные потери. Гибнет труд людей, затраченный на обработку металла.

Коррозия вызывает и серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на жизнь и здоровье людей. Выброс природного газа и других пожаро - и взрывоопасных веществ через отверстия, образованные вследствие коррозии, может привести к пожарам и даже к мощным взрывам с огромными материальными потерями и человеческими жертвами [5].

Процессы коррозии необратимы, поэтому их необходимо обнаруживать на ранних стадиях, давать количественную оценку коррозионного повреждения, прогнозировать опасность развития в случае непринятия мер по усилению коррозионной защиты. Установление причин коррозионного разрушения позволяет правильно выбрать метод защиты.

По роду своей будущей деятельности, да и вообще в жизни, нам придется столкнуться и не раз с проблемами коррозии, поэтому эту тему считаем очень актуальной.





















Актуальность: Актуальность исследования обусловлена тем, что ежегодно до 20% выплавленного, обработанного и воплощенного в конструкции металла разрушается от коррозии. Защищая металлические изделия от коррозии, мы сохраняем наши природные ресурсы и защищаем окружающую среду.

Объект исследования: коррозионный процесс, протекающий в металлах и сплавах.

Предмет исследования: коррозия.

Методы исследования: визуальное наблюдение, химический эксперимент.

Гипотеза исследования: на коррозию металлов в окружающей среде оказывают влияние природа металла, минеральный состав среды и т.д.

Цель работы: Изучить процесс коррозии металлов, её виды, способы защиты металлов от коррозии.

Задачи исследования:

1. Изучить химизм процесса коррозии, сущность химической и электрохимической коррозии.

2. Установить влияние природы металла на коррозию.

3. Установить влияние природы и состава раствора на коррозию металлов.

4. Совершенствовать умения работать с учебными материалами, выделять главное.

5. Проводить исследовательские процедуры.

6. Формулировать выводы.



















ГЛАВА I. ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ

1.1. Понятие коррозии металлов

Слово «коррозия» происходит от латинского «corrodere», что означает «разъедать».

Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлических материалов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой [5].

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.

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 металла (природа, состав, структура и т.д.). Внешние факторы определяют влияние на коррозию состава коррозионной среды и условий протекания коррозии (температура, давление).

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.









1.2. Виды коррозии металлов

Коррозия металлов – это окислительно-восстановительная реакции металла с окружающей средой. По механизму коррозионного процесса различают два основных вида коррозии: химическую и электрохимическую.

1.2.1. Химическая коррозия металлов

Химическая коррозия происходит в среде, не проводящей электрический ток.

Химическая коррозия протекает при взаимодействии металлов с сухими газами (газовая коррозия) при повышенных температурах и не сопровождается возникновением электрического тока. Газовой коррозии подвергаются металлы при термической обработке (ковка, прокат), детали двигателей внутреннего сгорания, арматура печей и т.д.

При химической коррозии металл разрушается под действием окислителей – неэлектролитов, например газов (кислорода, хлора и др.) при повышенной или даже обычной температурах.

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

В основе химической коррозии лежат реакции между металлом и веществами внешней среды, не сопровождающиеся возникновением электрического тока.

Механизм реакции сравнительно прост. Продукты реакции образуются на тех участках металлической поверхности, которые вступили в реакцию. Так, на железе при 250 - 300 °С появляется видимая пленка оксидов, при 600°С и выше поверхность металла покрывается слоем окалины, состоящей из оксидов железа различной степени окисления (FeO, Fe3O4, Fe2O3). Окалина не может защитить металл от дальнейшего окисления, так как содержит трещины и поры, которые позволяют проникать кислороду к металлу. При повышении температуры свыше 800°С скорость окисления железа резко увеличивается [1].

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидные пленки. Если эта пленка прочная, плотная, хорошо связанная с металлом, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие защитные оксидные пленки образуются у Zn, Al, Cr, Ni, Pb, Nb, и др.

У железа же оксидная пленка рыхлая, пористая и легко отделяется от поверхности и поэтому не способна защищать металл от дальнейшего разрушения. На поверхности щелочных и щелочноземельных металлов в процессе окисления кислородом воздуха также образуются толстые, рыхлые оксидные пленки, которые не защищают эти металлы от разрушения.

Защитными свойствами обладает только та пленка, которая может покрывать сплошь весь металл. Расчеты показывают, что это возможно, если объем оксида металла Vокс больше объема самого металла VМе, пошедшего на образование этого оксида: Vокс/VМе1. Для щелочных и щелочноземельных металлов это условие не соблюдается (Vокс/VМе

Другой вид химической коррозии – жидкостная коррозия, которая возникает в агрессивных жидкостях, не проводящих электрический ток, т.е. в неэлектролитах (бензин, керосин, дизельное топливо и т.д.). Например, коррозия бензобаков автомобилей, нефтепроводов, нефтехимического оборудования. например, в органических растворителях или нефтепродуктах.



1.2.2. Электрохимическая коррозия металлов

При электрохимической коррозии разрушение металлов происходит в растворах электролитов. Итак, электрохимическая коррозия — это окислительно-восстановительная реакция, происходящая в средах, проводящих ток (в отличие от химической коррозии).

Электролиты - вещества, растворы которых проводят электрический ток (например, минеральные соли, содержащиеся в морской воде). Как правило, металлы и сплавы неоднородны, содержат металлы различных примесей. При контакте их с растворами электролитов одни участки поверхности начинают выполнять роль анода (отдают электроны), а другие - роль катода (принимают электроны).

Это значит, что в окружающей среде, где находится металл, должны быть вода и окислители: кислород, растворённые кислоты, соли. Так, под действием воздуха и содержащихся в нём паров воды на поверхности медных и бронзовых изделий образуется зелёная плёнка, называемая патиной.

2Cu + O2 + CO2 + H2O = (CuOH)2CO3.

Но чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа. Особенно сильно коррозирует металл во влажном воздухе и при соприкосновении с водой. Процесс коррозии железа часто называют ржавлением.

Различают два вида электрохимической коррозии: гальванокоррозия и электрокоррозия. Гальванокоррозия возникает в месте контакта двух металлов, наличия в металле примесей, разной температуры на соседних участках металлов, разной концентрации электролитов в среде, контактирующей с металлом и в случае разной концентрации кислорода на соседних участках металла. Например, в чугуне примеси углерода и карбида железа играют роль катода, на котором происходит восстановление молекулярного кислорода в присутствии паров воды: 2Н2О + О2 + 4е → 4ОН-, а железо становится анодом и окисляется.

Fe° – 2e → Fe2+. В результате среда становится щелочной, образуется сначала «белая» ржавчина Fe(ОН)2: Fe2+ + 2OH → Fe(ОН)2↓, которая окисляется кислородом воздуха во влажной среде до трёхвалентного гидроксида железа.

4Fe(ОН)2↓ + 2Н2О + О2 → 4Fe(ОН)3↓, Fe(OH)3 + nH2O → Fe2O3·xH2O (ржавчина).

Если в атмосфере присутствует большое количество кислых газов (СО2, SO2, NO2), то при растворении их в воде образуются кислоты. В кислой среде коррозия идет ещё интенсивнее. В присутствии кислорода на катоде образуется вода, а в бескислородной среде выделяется водород.



На аноде: Fe° – 2е → Fe2+;

На катоде: О2 + 4Н+ + 4е → 2Н2О

или в бескислородной среде: 2Н+ + 2е → Н20↑.

Ионы железа образуют соли с кислотными остатками образовавшихся при растворении газов кислот. В дальнейшем под действием кислорода воздуха, соли двухвалентного железа окисляются до солей трёхвалентного железа. Разрушение металла происходит под действием возникающих гальванических пар. Механизм электрохимической коррозии, определяемый разностью потенциалов пассивных (катодных) и активных (анодных) участков, сводится к работе гальванического элемента.

В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых продуктов (ржавчина), так и к переходу атомов металла в раствор в виде ионов.

Если два различных металла (Zn и Fe), находящихся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита (например, грунтовая вода), то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений металлов левее (Zn), будет разрушаться, предохраняя тем самым менее активный металл (Fe) от коррозии. Цинк, отдавая электроны (разрушается), выполняет роль анода, а железо, принимая электроны - роль катода. При этом Zn заряжается отрицательно, а Fe - положительно. Если соединить эти металлы проводником через гальванометр, то он покажет наличие тока.

В растворе электролита более активный металл посылает в раствор свои ионы, т.е. окисляется, а на менее активном металле идет процесс восстановления ионов водорода или молекул кислорода.

Последние всегда присутствуют в растворе, поступая туда из воздуха [5].

Электрокоррозия возникает под действием на металл электрического тока от внешнего источника постоянного тока. Часто она происходит под действием блуждающих токов от рельсов электротранспорта, от плохо изолированных опор линий электропередач. Участок, на который попадает ток от внешнего источника, заряжается отрицательно и становится катодом. На нём происходит восстановление элементов среды. А соседний участок становится анодом, на нём металл окисляется.



1.3. Защита металлов от коррозии

Несмотря на успехи в борьбе с коррозией металлов, ее проблемы обостряются из-за непрерывного роста металлического фонда и ужесточения условий эксплуатации металлов. Новые конструкционные материалы нередко подвергаются малоизученным и трудно прогнозируемым коррозионным разрушениям [7]. В итоге необратимые коррозионные процессы наносят экономике огромный вред: потери чугуна и стали вследствие коррозии исчисляются десятками миллионов тонн. Из-за коррозионного разрушения даже одной детали может выйти из строя целая машина, коррозия снижает точность показаний приборов и стабильность их работы, выводит из строя электрические приборы.

Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и прежде всего легкоплавким оловом (лужением). Так, в трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н, э.) есть упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии. И сегодня разработка методов защиты металлов от коррозии – важная проблема современной химии [6].

Конечно, в обычных условиях применения металлов и их сплавов полностью исключить коррозию невозможно, но резко уменьшить ее с помощью ряда методов вполне реально.

Защита от коррозии конструкционных материалов в агрессивных средах основана на:

1) предотвращение контакта материала со средой с помощью изолирующего покрытия;

2) повышение коррозионной стойкости самого материала;

3) снижении агрессивности среды;

4) электрохимическая защита.

Защитные покрытия – самый распространенный метод защиты металлов от коррозии. Смысл их нанесения – изоляция от агрессивной среды.

1. Различают неметаллические и металлические покрытия:

а) неметаллические покрытия получают нанесением на поверхность металла лака, краски, смолы, олифы, эмали или резиновые, битумные и полимерные покрытия. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газопроницаемостью, высокими водоотталкивающими свойствами и поэтому препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит коррозию. Лаки и краски наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии.

б) Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем другого металла: золота, серебра, хрома, никеля, олова, цинка. А также используют сплавы: бронзу, латунь и др. Таким образом, металлические изделия хромируют, никелируют, цинкуют и т.д. Один из самых старых способов – это лужение, или покрытие железного листа слоем олова. Такое железо называют белой жестью, которую в основном используют для изготовления консервной тары; - химические – искусственно создаваемые поверхностные пленки: оксидные, нитридные, силицидные и др. Металлические покрытия делят на две группы: коррозионностойкие и протекторные. Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, хром, и другие металлы. Они более электроположительны по отношению к железу, т. е. в электрохимическом ряду напряжений металлов стоят правее железа. Во вторую группу входят цинк, кадмий, алюминий. По отношению к железу они более электроотрицательны, т. е. в ряду напряжений находятся левее железа.

Если металлическое изделие покрыто слоем более активного металла, покрытие называют анодным. Если покрытие изготовлено из менее активного металла, оно называется катодным. По отношению к железу анодными покрытиями будут цинковые, хромовые, алюминиевые покрытия. Эти покрытия защищают металл даже в случае появления царапин или трещин. Так как покрытие изготовлено из более активного металла, оно является анодом по отношению к защищаемому металлу и будет разрушаться. Защищаемое металлическое изделие разрушаться не будет. Катодные покрытия обычно делают из малоактивных металлов. Это никель, олово, свинец, медь, серебро, золото. Из-за низкой активности такие металлы слабо подвергаются воздействию коррозии, но в случае нарушения покрытия, возникнет коррозионный элемент, в котором анодом станет защищаемое металлическое изделие. Оно начнет разрушаться. Защитные оксидные покрытия на поверхности металла можно создать путем химической обработки концентрированной азотной кислотой (пассивация алюминия, хрома), концентрированным раствором щелочи и горячего масла (воронение), фосфорной кислотой и её кислыми солями (фосфатирование).

2. Эффективным, но дорогим методом защиты металлов от коррозии является введение в сплав антикоррозионных легирующих добавок.


Применение легированных сплавов, содержащих специальные добавки: хром, никель («нержавеющие» стали). Например, так называемая «нержавейка», из которой изготавливают столовые приборы, содержит до 12% хрома и до 10% никеля. Лёгкие нержавеющие сплавы включают алюминий и титан. Эта нержавеющая сталь довольно стойкая к коррозии из-за того, что на её поверхности образуется оксидная плёнка, которая состоит из оксидов хрома и железа. Так, обелиск «Покровителям космоса», расположенный во Всероссийском выставочном центре, облицован пластинками из титанового сплава.

Для повышения стойкости к коррозии в кислой среде в сплав добавляют кремний. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия хотя и с малой скоростью, но имеет место.


3. Важным направлением предотвращения коррозии металлов является снижение агрессивности окружающей среды.


Для этого проводят осушение почвы, воздуха. В жидкие среды добавляют ингибиторы – вещества, реагирующие с окислительными компонентами среды и снижающие скорость коррозии. Добавление ингибиторов (в зависимости от природы металла – NaNO2, Na3PO4, хромат и бихромат калия, ВМС органические соединения), адсорбируются на поверхности металла и переводят его в пассивное состояние.


4. Электрохимические методы


Электрохимические методы: - протекторная (анодная) защита – к защищаемой металлической конструкции присоединяют кусок более активного металла (магний, алюминий, цинк - протектор), который служит анодом и разрушается в присутствии электролита. Например, для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют цинк. На суше металлические конструкции, линии электропередачи и трубопроводов соединяют с куском более активного металла. С этой же целью к деталям конструкции мостов приваривают куски цинка.

Попадая в агрессивную среду, протектор становится анодом, начинает разрушаться, а металлическое изделие, являясь катодом, не разрушается до полного разрушения протектора. При таком способе защиты два металла образуют электрохимическую цепь: металл основного оборудования защищен за счет процесса окисления (растворения) протектора [6]. В данном случае металлическая конструкция или корпус корабля присоединяются к катоду источника постоянного тока и тем самым защищают его от растворения.

Катодная защита производится путём подсоединения защищаемого металлического изделия к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного электрического тока. В результате защищаемый металл приобретает отрицательный заряд и становится катодом. В качестве анода используют вспомогательный кусок металла (железный лом, старый рельс), который заземляют.

Предотвращение потерь металла от коррозии позволит не только сберечь тонны металла, но и предотвратить аварии на производстве и транспорте, сберечь человеческие жизни.



ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ



2.1. Методика исследований

Для изучения процесса коррозии был выбран широко используемый металл – железо, а также пары металлов «железо – медь», «железо – цинк». Для качественного изучения влияния среды раствора на коррозию железа и гальванических пар подготовили разные растворы: водопроводную и кипяченую воду, раствор щелочи, раствор соляной кислоты, раствор поваренной соли, и бензин.

Для того чтобы выяснить, как влияют внешние условия на скорость коррозии железа проводили следующие опыты в домашних условиях. Возьмем гвозди. Предварительно помоем их с мылом, чтобы избавиться от слоя масла, который защищает их от ржавления. Когда гвозди высохнут, их поверхность необходимо зачистить наждачной бумагой и промыть кипяченой водой.









Опыт 1. Изучение зависимости скорости коррозии от присутствия кислорода

В три пробирки поместили по одному железному гвоздю. В первую пробирку добавили воды так, чтобы гвоздь оказался покрытым наполовину. Во вторую пробирку добавили воды так, чтобы гвоздь целиком был погружен в воду. В третьей пробирке гвоздь целиком погружен в воду, а сверху дополнительно добавляем слой растительного масла (фото 1).



























Опыт 2. Изучение коррозии железа в различных средах

В стаканы с водопроводной водой, раствором щелочи, раствором соляной кислоты и раствором поваренной соли поместили железные гвозди и оставили на время. Каждые сутки визуально отмечали происходящие изменения.

Пробирка 1

Водопроводная вода

Железо

Пробирка 2

Раствор соляной кислоты

Железо

Пробирка 3

Раствор гидроксида натрия

Железо

Пробирка 4

Раствор хлорида натрия

Железо

(фото 3).







Опыт 3. Изучение коррозии металлических пар:

«железо – медь», «железо – цинк» в одной среде

Пробирка 5

Раствор хлорида натрия

Железо + медь

Пробирка 6

Раствор хлорида натрия

Железо + цинк

(фото 5).





















Опыт 4. Коррозия железа в среде неэлектролитов

В пробирки с бензином поместили железные гвозди. В первом случае железный гвоздь был полностью погружен в среду неэлектролита, т.е. не было контакта железа с кислородом воздуха. Во втором случае железный гвоздь был наполовину погружен в среду неэлектролита, т.е. был контакт железа с кислородом воздуха.

Пробирка 9

Бензин + железо (без кислорода)

Пробирка 10

Бензин + железо + воздух

(фото 7).

















Опыт 5 Изучение влияния ингибиторов на процесс коррозии.

В две пробирки поместили по одному железному гвоздю. В первую пробирку налили NaOH и прилили р-р NaCl. Во вторую пробирку налили Na3PO4 и прилили р-р NaCl. Растворы налили так, чтобы гвозди находились полностью в растворах.

(фото 9).

























2.2. Результаты исследований

Результаты опыта 1

Через 5 дней получили следующие результаты:

Наибольшее количество ржавчины образовалось в пробирке №1, где железо соприкасалось и с водой, и с кислородом. В пробирке № 2 ржавчины меньше т. к. железо соприкасалось только с водой. В пробирке № 3 гвоздь почти не проржавел, кислород не смог пройти через слой масла.

Уравнения химических реакций:

А(-): Fe0 – 2e →Fe+2

К(+): О2+ 2Н2О+ 4е → 4ОН

Fe+2 + 2ОН → Fe(ОН)2

4Fe(ОН)2 + 2Н2О + О2 → 4Fe(ОН)3

С наибольшей скоростью коррозия протекает в присутствии кислорода. Кислород в роли сильного деполяризатора стимулирует коррозию железа, увеличивая скорость ее за счет активации катодного процесса. Если доступ кислорода ограничен (использован слой масла на поверхности воды), то процесс коррозии незначителен (фото 2).





Результаты опыта 2

«Изучение коррозии железа в различных средах»

Пробирка 1

Коррозия железа протекает со значительной скоростью. Уже на вторые сутки на гвозде образовалось значительное количество налета ржавчины. На четвертые сутки было замечено появление налета на гвозде не только в воде, но и над водой

Пробирка 2

Коррозия железа в растворе соляной кислоты протекает с высокой скоростью. Было замечено, что на гвозде над раствором кислоты появилась ржавчина

Пробирка 3

Коррозия не происходит в растворе щелочи. Согласно гипотезе, выдвинутой перед началом данного исследования, скорость коррозии железа уменьшается при погружении его в щелочную среду. Данная гипотеза полностью нашла свое подтверждение в ходе экспериментальных исследований данной работы

Пробирка 4

Скорость коррозии максимальна. В растворе наблюдаем максимальное количество осадка бурого цвета. Из-за наличия растворенного хлорида натрия (ионов активаторов Cl) раствор обладает депассивирующим действием по отношению к металлической поверхности (разрушает и предотвращает появление пассивных пленок на поверхности металла). (фото 4)

Результаты опыта 3

«Изучение коррозии металлических пар в растворе поваренной соли»:

«железо – медь», «железо – цинк»

В пробирки с раствором поваренной соли поместили металлические пары «железо – медь», «железо – цинк» и оставили на время. Каждые сутки визуально отмечали происходящие изменения.

(фото 6)

Пробирка 5

Скорость коррозии железа значительна. В растворе наблюдаем большое количество осадка. С медью никаких видимых изменений не произошло.

А(Fe): Fe – 2e →Fe+2

К+(Cu): О2+ 2Н2О+ 4е → 4ОН

Fe+2 + 2ОН → Fe(ОН)2

4Fe(ОН)2 + 2Н2О + О2 → 4 Fe(ОН)3

Пробирка 6

Признаков коррозии железа в присутствии цинка не наблюдали. Наблюдали появление белого осадка. Если два различных металла (Zn и Fe), находящихся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита (например, грунтовая вода), то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений металлов левее (Zn), будет разрушаться, предохраняя тем самым менее активный металл (Fe) от коррозии. Цинк, отдавая электроны (разрушается), выполняет роль анода, а железо, принимая электроны - роль катода. При этом Zn заряжается положительно, а Fe - отрицательно. Если соединить эти металлы проводником через гальванометр, то он покажет наличие тока. 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 (тв.) = Zn2+ (водн.) + 2e

Вывод: Присутствие электролита значительно увеличивает скорость коррозии. При соприкосновении железа с другими металлами возникает гальванический элемент, при этом более активный металл будет выступать в роли анода и будет окисляться (разрушаться), менее активный металл будет катодом, и на нем будет происходить кислородная деполяризация. При контакте железа с более активным металлом (цинком) само железо не разрушается, а окисляется более активный металл. При контакте железа с менее активным металлом (медью), железо будет подвергаться разрушению и скорость коррозии при этом сильно возрастет. В этих случаях наблюдается процесс электрохимической коррозии.

Важнейшими окислителями, вызывающими электрохимическую коррозию, являются катионы водорода и растворенный кислород.

Скорость коррозии тем больше, чем сильнее отличаются металлы, находящиеся в составе сплава по своей активности, т.е. чем дальше они расположены в электрохимическом ряду напряжений металлов друг от друга.























Результаты опыта 4

«Изучение коррозии железа в среде неэлектролитов»

Каждые сутки визуально отмечали происходящие изменения. В течение первой и второй недели эксперимента никаких визуальных изменений отмечено не было ни в одной пробирке. В конце третьей недели в пробирке 10, где гвоздь был погружен в бензин наполовину и был контакт железа с кислородом воздуха, мы отметили, что цвет поверхности гвоздя слегка изменился. Проведение и результаты опытов представлены на фото 8.





















Результаты опыта 5

В течение недели эксперимента никаких визуальных изменений отмечено не было ни в одной пробирке.

Вывод: В пробирках процесс коррозии железа не наблюдается, т.к. ингибитор замедляет коррозию.

(фото 10).

























ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе объектом изучения был процесс коррозии, выдвинутая гипотеза нашла свое подтверждение в связи, с чем были сделаны следующие выводы:

1. Выделяют два основных типа коррозии: химическая и электрохимическая. Нами изучены оба варианта коррозии.

2. Коррозия металлов зависит от свойства и природы материалов, из которых изготовлены конструкции. Это доказано в ходе опыта при изучении коррозии металлических пар. Установлено, что при контакте двух разных металлов коррозия может усиливаться, а может ослабевать.

3. Коррозия металлов зависит от природы окружающей среды. При погружении железного гвоздя в различные растворы мы наблюдали его ржавление над раствором, что можно объяснить наличием в воздухе кислорода и водяных паров.

4. Наибольшую распространенность приобрела электрохимическая коррозия. Это объясняется тем, что окружающая среда представляет собой смесь различных электролитов в воде. Электрохимическая коррозия зависит от состава раствора.

5. Возможна коррозия металла в среде неэлектролита.

Химическая коррозия протекает в жидких средах, которые не обладают электропроводностью, т.е. эти жидкости не проводят электрический ток. К таким жидкостям относятся органические вещества: масла, растворители, жидкие топлива и т.п. Наличие воды в этих жидкостях приводит к значительному повышению их коррозионной активности.

6. Необходимо совершенствовать старые и разрабатывать новые методы защиты металлов от коррозии, т.к. она наносит большой экономический вред и может быть опасна для здоровья и жизни людей.

Возвращаясь к выдвинутой нами гипотезе, нужно отметить, что, действительно, коррозия металлов зависит от их природы, от химического состава раствора.











СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ



1. Семенова, И.В. Коррозия и защита от коррозии/ И.В. Семенова, А.В. Хорошилов, Г.М. Флорианович. – М.: Физматлит, 2006. – 376 с.

2. Шевченко А.А. Химическое сопротивление неметаллических материалов и защита от коррозии/ А.А. Шевченко – М.: Химия, Колос, 2006. – 248 с.

3. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Нефтеперерабатывающая промышленность: справ. Руководство / Под ред. А. М. Сухотина Ю. И. Арчакова – Л.: Химия, 1990. - 400 с.

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

5. Ю.П. Перелыгин, И.С. Лось, С.Ю. Киреев. Коррозия и защита металлов от коррозии Учебное пособие для студентов технических специальностей Пенза, Издательство ПГУ 2015.

6. И.Г. Хомченко Общая химия Москва «Новая Волна, 1997г.»

7. Химическая энциклопедия. Том 2. изд-во «Советская Энциклопедия» М 1990г.













-75%
Курсы повышения квалификации

Исследовательская деятельность учащихся

Продолжительность 72 часа
Документ: Удостоверение о повышении квалификации
4000 руб.
1000 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
«Коррозия металлов и способы защиты от коррозии» (1.43 MB)

Комментарии 0

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или на сайт