Более активный металл предотвращает коррозию менее активного металла
Обновлено: 11.05.2024
Тема: Коррозия металлов. Способы защиты металлов от коррозии. .
изучить сущность процесса коррозии металлов и способы защиты от коррозии; научить использовать приобретённые знания для объяснения явлений окружающей среды;
развивать умения наблюдать, сравнивать, обобщать, делать самостоятельные выводы, работать с учебником; развивать познавательный интерес к предмету, используя межпредметные связи;
Деятельность учителя
Деятельность обучающихся
наглядности
I. Организационный момент . Приветствует учеников, проверяет готовность к уроку, желает успеха.
Ученики осмысливают поставленную цель.
II. Проверка домашней работы.
Решите цепочку превращений:
1. Наружный слой металлов имеет электронов: а)1-3, б) 7, в) 4-7, г) 0.
2. Металлы имеют связь: а) ковалентную, б) водородную, в) металлическую, г) ионную.
3. Металлические свойства в группах с увеличением порядкового номера: а) сначала >, затем
4. s , р - металлы не встречаются в свободном виде, так как: а) их мало, б) очень активны, в) гигроскопичны, г) получают электролизом.
5. Металлы нельзя получить: а) А l -термией, б) Из оксида с помощью С и СО, в) взаимодействием кислоты с металлом, г) восстановление из оксида Н2.
6. Металлы не выделяют водород из: а) HCl , б) H 3 PO 4 , в) H 2 SO 4 , г) HNO 3
7. Металлы имеют разную пластичность, так как: а) образуют ионы металлов, б) свободные частицы, в) разная упаковка в кристаллической решетке, г) им это не присуще.
8. Металлы V - V ΙΙ групп хрупкие, так как: а) много свободных электронов, б) нетипичные металлы, в) нет блеска, г) отличаются строением.
9. Переходные металлы: а) Na , K ; б) Al , Zn ; в) Mg , Ca ; г) нет таких.
10. Разложение электролитов током – это: а) гидролиз, б) электролиз, в) гидратация, г) нет такого процесса.
1а2в3в4б5в6г7в8а9б10б
Ученики отвечают на разноуровневые вопросы.
Подготовка учащихся к активному восприятию нового материала
Задания для групп:
1. Изучите теоретический материал по своему направлению
2. Подготовьте спикера
3. Оформите постеры для ответа.
Учитель: Для того, чтобы продуктивно дать отпор «Рыжему дьяволу» мы должны немного отдохнуть.
6. Физминутка
7. Выступления групп с защитой постеров.
Виды коррозии
· По характеру разрушения металла различают коррозию сплошную, язвенную и точечную (демонстрация фотографий коррозии металлов).
· химическая (газовая) коррозия – происходит в сухих газах, при полном отсутствии влаги.
вос-ль С u 0 – 2 e → Cu 2+ /2/ окисление
ок-ль O 2 0 +4 e →2 O 2- /1/ восстановление
Вывод: кислород оказывает огромное влияние на процесс коррозии, являясь одним из наиболее агрессивных ее факторов.
· электрохимическая коррозия – происходит в среде электролита с возникновением электрического тока. Это такая коррозия, в результате которой наряду с химическими процессами (процесс окисления), происходят электрические (перенос электронов от одного участка изделия к другому).
Учитель вспоминает еще раз о разрушении Эйфелевой башни, она ржавеет и разрушается. Это сложный процесс, который включает несколько стадий. Суммарно оно выглядит следующим образом:
4 Fe + 6 H 2 O (влага) + 3 O 2(воздух) → 4 Fe ( OH )3 (учащиеся самостоятельно рассматривают окислительно – восстановительые процессы, делают выводы).
Однако химически чистое железо почти не корродирует. Техническое железо, содержащее различные примеси, например, в чугунах и сталях, ржавеет. Если на контакт двух металлов (железо и медь) попадает раствор электролита, например, соляная кислота, то образуется гальванический элемент, и начинается окислительно-восстановительная реакция. В результате реакции более активный металл (железо) окисляется и переходит в раствор, а ионы водорода восстанавливаются на менее активном металле (меди):
в-ль Fe 0 – 2 e → Fe 2+ (ок-ие)
ок-ль 2H + + 2e → H2 (вос-ие)
Способы защиты металлов от коррозии.
Далее учитель рассказывает о том, что еще в Древнем Египте было замечено, что латунные изделия (сплав меди и цинка) со временем покрываются слоем губчатой меди, а цинк окисляется. В средние века было рассмотрено отбеливание монет из сплава меди с серебром в растворе винного камня, при этом медь растворялась, а на поверхности монеты оставалось серебро.
1.Защитные поверхностные покрытия:
а) металлическое (цинк, олово, никель, свинец)
б) неметаллические (лаки, краски, эмали…)
2.Создание сплавов с антикоррозионными свойствами – легирование
металлов (никель, кобальт, хром, вольфрам…)
3. Введение ингибиторов
4. Протекторная защита
IV. Закрепление урока.
Обобщим наш материал, 1.Я задаю первый вопрос, кто на него ответит, задает свой любому ученику класса. (3 минуты),
2. Игра « учитель всегда прав», в этой игре учитель в своих утверждениях делает ошибки и учащиеся должны найти и аргументировать эту ошибку.
3. Тест – пятиминутка:
1. Коррозию металлов и сплавов вызывает
А) вода и кислород
Б) оксиды углерода и серы
В) растворы солей
Г) все перечисленные компоненты
2. Наиболее сильно металл коррозирует
А) в растворе хлорида натрия
Б) в кипяченой дистиллированной воде
В) в сухом воздухе
Г) в дистиллированной воде
3. Для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют
4.Более активный металл, предотвращающий коррозию менее активного металла, называется
А) катализатор коррозии
Б) активатор коррозии
В) ингибитор коррозии
5. Вещества, введение которых уменьшает агрессивность среды, называют
А) катализаторы коррозии
Б) активаторы коррозии
В) ингибиторы коррозии
Ученики отвечают на вопросы учителя аргументируют свои ответы.
Ученики отвечают на вопросы тестов
V. Итог урока . Этап рефлексии:
Рефлексия: «Три М».
Учащимся предлагается назвать три момента, которые у них получились хорошо в процессе урока, и предложить одно действие, которое улучшит их работу на следующем уроке.
Китайская мудрость гласит «Даже если вы достигли вершины горы, продолжайте карабкаться дальше. Многие армянские сказки заканчиваются фразой: «… первое яблоко тому, кто рассказывал. Второе – тому, кто слушал. А третье-кому? Тому – кто понял». Я уверена, что сегодня с урока вы уходите с яблоками, хотя и виртуальным. Спасибо за сотрудничество! Урок окончен! До свидания! Всем добра и успехов!
Подведение итогов урока.
Учащиеся называют три момента, которые у них получились хорошо в процессе урока, и предложить одно действие
VI. Домашнее задание. Объясняет особенности выполнения домашней работы.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ
Металлы вследствие своей высокой прочности, пластичности, износоустойчивости, тепло- и электропроводности являются наиболее важными конструкционными материалами.
В процессе эксплуатации в результате воздействия окружающей среды происходит их разрушение, так называемая коррозия.
Потери от коррозии в ведущих индустриальных странах составляют около 3-5% валового национального продукта, а затраты на возмещениекоррозионных потерь во всем мире исчисляются сотнями миллиардов долларов, поэтому раздел «Коррозия металлов и методы защиты их от коррозии» является одним из важнейших в курсе химии для инженерных специальностей.
Обычно корродируют металлы, которые встречаются в природе не в самородном состоянии, как Au, Pt, а в виде различных руд. На извлечение этих металлов из природных соединений расходуется значительное количество энергии (Ме +n + n? → Me 0 ; ΔG>0), которая накапливается в металлах, делая их термодинамически неустойчивыми, химически активными веществами (Ме 0 - n? → Me + n ; ΔG<0). В результате такого самопроизвольно протекающего коррозионного процесса металлы переходят в оксиды, гидроксиды, карбонаты, сульфиды и другие соединения и теряются безвозвратно.
Итак, коррозию можно определить как самопроизвольно протекающий окислительно-восстановительный процесс (ΔG<0) разрушения металла под воздействием окружающей среды, происходящий с выделением энергии (ΔН<0) и рассеиванием вещества (ΔS>0).
Механическое разрушение металлов, происходящее по физическим причинам, не называют коррозией, а называют эрозией, истиранием, износом.
По характеру разрушения поверхности коррозию подразделяют на сплошную и местную. Сплошная коррозия подразделяется на равномерную, если процесс окисления происходит по всей поверхности металла с одинаковой скоростью, и неравномерную – процесс окисления происходит по всей поверхности с различной скоростью на различных участках металла.
Местная коррозия подразделяется на коррозию пятнами, точечную, питтинг (углубленно-точечную), межкристаллитную (наиболее опасна, т.к. ослабляет связи между зернами структуры сплавов), растрескивающуюся, селективную (избирательную).
По механизму протекания различают следующие виды коррозии:
- электрохимическая (концентрационная, контактная, электрокоррозия);
- особые виды (биологическая, радиационная, ультразвуковая).
По характеру дополнительных воздействий различают:
- коррозию под влиянием механических напряжений;
- коррозию при трении;
- кавитационную коррозию (возникает при одновременном коррозионном и ударном воздействии агрессивной среды, когда лопаются пузырьки воздуха при работе лопастей гребного винта, роторов насосов).
Рассмотрим более подробно виды коррозии по механизму протекания.
Под химической коррозией понимают разрушение металлов окислением в окружающей среде без возникновения электрического тока в системе.
Газовая коррозия протекает при обычных условиях, но чаще при высоких температурах. Наблюдается при разливе расплавленных металлов, их термической обработке, ковке, прокатке, сварке и т.д.
Самый распространенный случай газовой коррозии – взаимодействие металла с кислородом:
Образующаяся при такой коррозии оксидная пленка в ряде случаев играет защитную функцию. Для этого она должна быть сплошной, беспористой, иметь хорошее сцепление с металлом, обладать твердостью, износостойкостью и иметь коэффициент термического расширения, близкий к этой величине для металла. Все эти качества оксидной пленки можно оценить по фактору Пиллинга-Бэдвордса (a). Металлы (щелочные, щелочноземельные), у которых a2O3, ZnO, NiO и т.д.).
При значениях a значительно больше единицы пленки получаются неслошные, лекго отделяющиеся от поверхности металла (железная окалина). Коррозионно-активными газами, кроме кислорода, являются: угарный газ, углекислый газ, сернистый ангидрид, азот, его оксиды и галогены. Например, при разливе расплавленного алюминия, происходит его взаимодействие не только с кислородом, но и с азотом воздуха.
Жидкостная коррозия протекает, как правило, в жидких неэлектролитах: спиртах, хлороформе, бензоле, бензине, керосине и других нефтепродуктах. Ускоряет процесс жидкостной коррозии сера,кислород, галогены, влага, атакже повышенная температура (коррозия поршней в двигателях внутреннего сгорания),что можно описать уравнениями : Me(II) + R1 – S – R2 → MeS + R1 – R2
Me(I) + nR – Cl → MeCl + 1/2nR – R ,
где R1 – S – R2и nR – Cl углеводороды, содержащие серу и хлор.
Электрохимическая коррозия наиболее распространенный вид коррозии. Это разрушение деталей, машин, конструкций в грунтовых, речных, морских водах, под влиянием воды (росы), под воздействием смазочно-охлаждающих жидкостей, используемых при механической обработке металлов, атмосферная коррозия и т.д.
Электрохимическая коррозия – это пространственно разделенный окислительно-восстановительный процесс разрушения металла, протекающий в среде электролита, с возникновением внутри системы электрического тока, называемого коррозионным током.
Рассмотрим химизм атмосферной коррозии стального изделия. Сталь – это сплав железа с углеродом, в котором углерода менее 2%, например, цементит (Fe3C4). При электрохимической коррозии во влажном воздухе (О2 + 2Н2О) железо и цементит образуют микрогальванопару, в которой роль анода выполняет железо, а цементит – роль катода.
Схема процесса:
Анодный процесс: Fe 0 - 2? → Fe 2+ 2 поляризация
Катодный процесс: 2H2O + O2 + 4? → 4OH - 1 деполяризация
Суммарное уравнение коррозионного процесса разрушения стального изделия, находящегося во влажном воздухе:
Для железа более характерна степень окисления (3+), поэтому процесс окисления идет дальше:
4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3, образующийся Fe(OH)3 при нагревании может терять воду.
То есть продуктами коррозии железа (ржавчина) является смесь различных соединений. Если учесть, что в воздухе присутствуют углекислый газ, сернистый газ, следовательно, могут образовываться и соли железа.
Часто из-за различной рельефности металлических конструкций, в том числе и стальных, на некоторых участках скапливается вода, при этом происходит так называемая концентрационная коррозия, обусловленная различной концентрацией деполяризатора кислорода (в случае атмосферной коррозии), водорода (в кислой среде) на различных участках металла. Там, где концентрация деполяризатора больше (края капли воды), формируется катодный участок, где концентрация деполяризатора меньше (центр капли воды) – анодный участок (рис.15).
После высыхания капли в её центре обнаруживается углубление, а иногда даже и отверстие (для пластин толщиной 0,1-0,2 мм). Такие процессы часто наблюдаются при атмосферной и почвенной коррозии железных и стальных изделий (троса, стопки листов и т.д.) – точечная коррозия, переходящая в питтинг. Следует отметить, что хотя конечный продукт коррозии (ржавчина) нерастворим, однако он не препятствует процессу растворения металла, поскольку формируется за пределами анодного участка (на границе соприкосновения его с катодами) в виде кольца внутри капли.
На практике часто встречаются случаи, когда металлы различной активности находятся в контакте друг с другом, образуя гальванопары. Кроме того, технические металлы содержат примеси других металлов, сплавы содержат различные металлы. Такой металл или сплав, находясь в среде электролита, дает множество микро - и макрогальванопар, в которых анодом является более активный металл, т.е. металл с меньшим значением электродного потенциала, именно он и подвергается коррозии.
Рассмотрим случай контактной коррозии с водородной деполяризациейцинка и меди, в сернокислой среде. Цинк и медь, имеют различные значения электродных потенциалов. Более активным в этой гальвано паре является цинк (Е 0 Zn2+/Zn = -0,76 В), он имеет меньшее значение электродного потенциала и будет анодом, т. е именно цинк будет подвергаться коррозионным процессам, менее активным металлом является медь (Е 0 Cu2+/Cu = +0,34 В), она будет катодом.
Запишем схему: (А) Zn | H2SO4 | Cu (K)
Анодный процесс: Zn 0 - 2? → Zn 2+
Катодный процесс: 2Н + + 2? → Н2 деполяризатор
Суммарное ионное уравнение: Zn + 2H + → Zn 2+ + H2
Факторы, влияющие на скорость коррозии:
а) напряжение и деформация при механической обработке металлов;
б) перемешивание агрессивной среды;
в) дифференциальная аэрация;
д) кислотность среды (рН).
Рассматривая фактор (д) обратите внимание, что электродные потенциалы металлов существенно зависят от состава электролита и рН среды. Так, в случае контактной (Al-Zn) коррозии в 1М растворе HCl
возникает гальвано пара, в которой роль анода выполняет Al, а катода- Zn, схема такого процесса: (А) Al | HCl | Zn (K)
В 0,1 М растворе HCl в этом случае большую активность имеет цинк, он будет в гальвано паре анодом, алюминий – катодом, а схему запишем так: (А) Zn | HCl | Al (K)
Электрокоррозия – протекает под действием блуждающих токов, возникает от постоянных источников тока (электротранспорт, трансформаторы, линии электропередач). Рассматривая коррозию под действием блуждающих токов, надо помнить, что место выхода тока – будет анодным участком, входа тока – катодным, участок протекания тока – нейтральной зоной. Радиус действия блуждающих токов может достигать нескольких десятков километров. Ток силой 1А за год разрушает до 3 кг алюминия, 9 кг железа, 11 кг цинка или меди, 34 кг свинца.
ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ
Потери от коррозии в мировой экономике огромны. Около 1/3 вводимого в эксплуатацию металла подвергается коррозии, при этом примерно 10% теряется безвозвратно.
Борьба с коррозией осуществляется различными методами. Наиболее рациональный и надежный путь – изготовление аппаратов и машин изкоррозионно-стойких металлических или неметаллических материалов,но из-за дороговизны таких материалов, чаще используют дешевые и доступные металлы с последующей защитой их от коррозии. Полностью избежать коррозии невозможно, но, применив определенные методы защиты, можно снизить ее воздействие.
Можно условно выделить следующие группы методов защиты металлов от коррозии:
1. Создание рациональных конструкций, т.е. таких, которые не имеют застойных зон и других мест скопления влаги, грязи и других коррозионно-агрессивных сред, допускают быструю очистку и аэрацию.
2. Легирование металлов. Это эффективный, хотя обычно дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты (Cr, Ni, W, Si, V, Mo, Re и другие), вызывающие пассивирование металла. Механизм защиты (например, в нержавеющих сталях) состоит в образовании на поверхности плотных оксидных слоев, типа шпинелей состава NiO . Cr2O, FeO . Cr2O3, которые оказываются более устойчивыми, чем просто оксиды хрома или никеля.
3. Создание аморфных структур металлов. Путь к этому способу защиты открыла сверхбыстрая закалка. Расплавленный металл из тигля подают в тончайший зазор между двумя массивными валками и подвергают формированию и резкому охлаждению. В этих условиях атомы не успевают выстраиваться в присущие металлам кристаллические решетки, фиксируется «хаос атомов», свойственный расплавленному металлу. В результате получается аморфная структура, подобная стеклу, резко возрастает коррозионная устойчивость металлов.
4. Защитные покрытия – самый распространенный метод защиты металлов от коррозии. Смысл их нанесения – изоляция от агрессивной среды. Различают неметаллические и металлические покрытия.
а) неметаллические покрытия получают нанесением на поверхность металла лака, краски, смолы, олифы, эмали или стеклоэмали. Поверхность металла покрывают также резиной, эбонитом, полимерными материалами, цементом, бетоном, оксидными пленками: ZnO, Al2O3 (оксидирование) и нитридными пленками: Fe4N, Fe2N (азотирование). Покрыть поверхность металла можно осаждением нерастворимых фосфатов этого металла: Fe(H2PO4)2 + 2 Fe 2+ ® Fe3(PO4)2¯ + 4H ( фосфатирование) или насыщением поверхности металла углеродом (цементация).
б) защитные покрытия металлами. Для этого используют коррозионно-устойчивые металлы (Sn, Zn, Al, Au, Ag, Ni, Cr и др.) Различают анодные и катодные металлические покрытия. Если защищаемый металл покрывают более активным металлом, то такое покрытие называют анодным. При нарушении покрытия разрушается металл покрытия. Рассмотрим это на примере оцинкованного железа. Составим схему коррозионного разрушения.
A: Zn 0 - 2? → Zn 2+ 2
Если защищаемый металл покрыт менее активным металлом, например, железо покрыто оловом, то такой вид покрытия называется катодным. При нарушении покрытия разрушается основной металл. Рассмотрим этот случай коррозии.
(А) Fe | 2H + | Sn (K)
A: Fe 0 - 2? → Fe 2+ 1
Fe + 2H + → Fe 2+ + H2
5. Электрохимические методы защиты:
а) защита внешним потенциалом);
б) анодная (протекторная).
Защита внешним потенциалом (чаще катодная) осуществляется подключением защищаемой конструкции к отрицательному полюсу (катоду) внешнего источника тока с очень малым напряжением (0,1 В). К положительному полюсу подсоединяется лом, который и разрушается. Этот вид защиты используют для металлических сооружений: трубопроводов, резервуаров и т.д.
Протекторная защита заключается в том, что к изделию, подвергающемуся электрохимической коррозии, подключают деталь – протектор из более активного металла, чем металл изделия. Протектор будет разрушаться, а изделие останется неизменным. Применяют в паровых котлах, для защиты корпусов морских и речных судов, трубопроводов, рельсов и т.д.
Задача. Приведите пример протекторной защиты в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте уравнения анодного и катодного процессов и вычислите ЭДС реакции.
Решение. Протекторная защита осуществляется путем присоединения к железу более активного металла, обычно цинка, магния и их сплавов. Таким образом, создается искусственный микрогальванический элемент. Чаще всего используют протекторную защиту в растворах электролитов (паровые котлы, химические аппараты), в морской воде и в почве (защита трубопроводов). Рассмотрим протекторную защиту от почвенной коррозии:
Среда нейтральная или слабощелочная, так как концентрация солей невелика. В этом, созданном нами, коррозионном элементе анодом служит протектор (цинк), он растворяется.
Анод: Zn 0 – 2 ® Zn 2+ .
Электроны передаются на железо. Деполяризатором в этом случае является кислород.
Катод: O2 + 2H2O + 4® 4OH - ; E 0 = 0,40 B.
ЭДС реакции определяем: DЕ = Екатода – Еанода = 0,40 – (-0,75) = 1,16 В.
Ответ: протектор Zn, он окисляется и защищает железо; DЕ = 1,16 В.
6. Воздействие на агрессивную среду. Для замедления коррозии в агрессивную среду вводят вещества, называемые ингибиторами (замедлителями). Это чаще всего органические вещества, пассивирующие поверхность металла: тиомочевина C(NH2)2S, диэтиламин C2H5 — NH — C2H5, уротропин (CH2)6N4, неорганические вещества SiO3 2- , NO2 - , Cr2O7 2- , а также освобождение воды от растворенного в ней кислорода (воду фильтруют через слой железных опилок). Либо удаляют активаторы коррозии, например, ионы Cl - , Br - , F - , SO4 2- , NO3 - .
Литература:
1. Фролов В.В. Химия. Гл.V, §51-56.
3. Общая химия под ред. Соколовской Е.М. и др. Гл.6, §1-11.
4. Абраменко В.Л. Методические указания к самостоятельному изучению темы “Коррозия и защита металлов от нее”. Луганск, 1991 г.
Коррозия металлов
Химическая коррозия– разрушение металлов в результате химического взаимодействия с окружающей средой.
Химическая коррозия делится:
• газовая(протекает при высоких температурах на воздухе, в присутствии газов-галогенов);
• коррозия в агрессивных средах – неэлектролитах (сернистая нефть).
При нагревании стальных изделий на воздухе их поверхность покрывается темным слоем окалины – продуктов окисления (оксида или гидраксида), которые препятствуют дальнейшей диффузии окислителя к металлу и замедляет коррозию.
Предметы из меди и ее сплавов при длительном хранении покрываются зеленым налетом основной соли:
2Cu + O2 + H2O + CO2 = (CuOH)2CO3
Скорость химической коррозии зависит от свойств пленки и окислителя, и температуры.
Сплошную оксидную пленку, предотвращающую дальнейшую коррозию, дают такие металлы как Al, Zn, Cr.
Если пленка рыхлая, то замедляется процесс отвода тепла от металла, металл разогревается - скорость коррозии увеличивается.
Электрохимическая коррозия– разрушение металла под действием окружающей среды в результате возникновения гальванических пар.
Характерна для сред, проводящих электрический ток - протекает в электролитах, в атмосфере влажного газа, в почве.
Чаще всего причиной электрохимической коррозии является вода и растворенный в ней кислород, электродный потенциал этой системы равен 0,815 В, и она может окислять многие металлы.
Закономерности электрохимической коррозии:
• разрушается более активный металл;
• в кислой среде на поверхности менее активного металла выделяется водород;
• в нейтральной и щелочной средах на менее активном металле происходит восстановление молекулярного кислорода с образованием гидроксид - ионов.
Используемые в технике металлы, как правило, химически неоднородны, содержат примеси других металлов. Это является причиной возникновения микроГЭ, и следовательно, электрохимической коррозии.
Железо – активный металл и по отношению ко многим примесям (Sn, Pb, Ni, Cu и др.) выступает в роли анода.
Пример: коррозии железа в контакте с медью в кислой среде.
Образуется ГЭ: (-) Fe | HCl | Cu (+).
Железо более сильный восстановитель, чем медь, оно будет окисляться. Электроны переходят от железа к меди, перемещаются к поверхности меди, где будут восстанавливаться ионы водорода
Анод: Fe - 2ē → Fe2+
Катод: 2Н+ + 2ē → Н2 ( на поверхности меди)
Fe + 2Н+ → Н2↑+ Fe2+
Пример: коррозия (ржавление) железа в нейтральной среде
Анод: Fe - 2ē → Fe2+
Катод: О2 + 2 Н2О +4ē → 4 ОН—
Fe2+ + 2ОН— → Fe(ОН)2
4Fe(ОН)2 + О2 + 2Н2О→ 4Fe(ОН)3
2Fe(ОН)3 →Fe2О3 • Н2О + 2Н2О
Методы защиты от коррозии:
• Окраска металлических изделий, покрытие полимерными пленками (полиэфирными, эпоксидными);
• Оксидирование – получение на металлической поверхности плотного оксидного слоя (анодирование алюминия);
• Нанесение металлических покрытий – катодные покрытия - покрытие менее активным металлом, для железа используют покрытия оловом, никелем, медью;
- анодные покрытия - покрытие более активным металлом, который при нарушении целостности покрытия будет разрушаться, а основной металл останется невредимым;
• Протекторная защита – для защиты подземных трубопроводов, паровых котлов, корпусов кораблей – на некотором расстоянии от защищаемого металла устанавливается анод из более активного металла – искусственно создается ГЭ, в котором окисляться будет более активный металл, а защищаемое изделие останется невредимым.
Эффективный метод, металлическое изделие сохраняется в течение многих лет
• Электрозащита (катодная защита) – защищаемый объект присоединяют к «-»полюсу источника постоянного тока, «+» полюс присоединяют к расположенному вблизи куску металла – используется процесс электролиза;
• Применение ингибиторов коррозии – веществ, которые, адсорбируясь на поверхности металла, делают потенциал более положительным, тем самым замедляя коррозию.
Конспект урока+презентация+видео по теме "Коррозия металлов"(9 класс)
Тема урока: «Коррозия металлов» (9 класс, УМК О.С. Габриеляна).
Автор: Черногорова Лариса Викторовна, учитель химии МБОУ СШ № 31 г. Липецка
Цель урока: сформировать представление о коррозии металлов как самопроизвольном окислительно-восстановительном процессе, её значении, причинах, механизме и способах защиты; показать влияние на скорость коррозии таких факторов, как природа веществ, температура и присутствие катализатора (ингибитора).
Задачи урока:
Образовательные: изучить сущность коррозии металлов с химической точки зрения, выяснить способы защиты металлов от коррозии.
Развивающие :
1.Развить умение проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности.
2.Строить логические цепочки и выводы из наблюдений.
3.Прогнозировать решение некоторых проблем.
Воспитательные :
1.Совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения.
2.Продолжать формировать убеждения учащихся в необходимости привлечения средств химии к пониманию и описанию процессов, происходящих в окружающем мире.
Тип урока: открытие новых знаний на основе системно-деятельностного подхода
Методы и приемы обучения : метод проблемного изложения материала, метод поисковой беседы, исследовательский метод и сопровождение лабораторного проблемного эксперимента.
Форма работы : индивидуально - групповая (класс разбит на 4 группы).
Ожидаемые результаты: Учащиеся будут знать понятие коррозия, её виды, будут объяснять механизм этого процесса, будут объяснять значение коррозии для жизнедеятельности человека, будут отстаивать свою точку зрения и делать выводы, находя решение проблемы.
Оборудование: раздаточный материал на столах учащихся; презентация Power Point , видеофрагмент "Коррозия металлов"; ноутбук, проектор, интерактивная доска;
За неделю до урока закладываются опыты по изучению факторов, влияющих на коррозию:
опыт №1 - железный гвоздь помещен в дистиллированную воду
опыт №2 - железный гвоздь помещён в водопроводную воду
опыт №3 - железный гвоздь помещён в раствор хлорида натрия
опыт №4 - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной медной проволочкой
опыт №5 - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь и с прикреплённой магниевой проволочкой
опыт №6 - железный гвоздь помещен в слабощелочной раствор хлорида натрия
опыт №7 - железный гвоздь помещён в подкисленный раствор хлорида натрия
Этапы урока
Деятельность ученика
1. Организационный
Учитель начинает урок с приветствия и позитивного настроя, желает плодотворной работы и отличных оценок.
Учащиеся сидят за столами в составе 4-х рабочих групп
2. Формулирование темы
Учитель: Сегодня у нас необычный урок, тему которого мы попытаемся сформулировать вместе. Для этого нам предстоит ознакомиться с некоторой информацией, которая имеется у каждой группы на столе.
(Просит представителя от каждой группы зачитать вслух информацию). Слайды 1-6
Учитель: Ребята, в чём проблема? Кто является виновником в данных ситуациях.
Учитель: Да, действительно, причиной масштабного разрушения металлов и изделий из них является коррозия. Коррозии подвергаются камни, пластмассы и другие полимерные материалы, древесина, но чаще всего она является врагом для металлов.
Итак, какова будет тема сегодняшнего урока?
Учитель: Совершенно правильно -"Коррозия металлов". Слайд 7
Один человек от каждой группы встаёт и зачитывает информацию со своего стола (приложение №1 к уроку).
Учащиеся высказывают предположения, указывают на коррозию
Учащиеся предлагают формулировки.
Учащиеся записывают тему в тетрадь.
3. Формулирование цели и задач урока
Учитель демонстрирует видеофрагмент, в основе которого лежит стихотворение:
Мы видим мрачную картину,
Вот ржавый гвоздь и ржавая труба,
И даже новую машину
За год буквально съела ржа.
Ползет она как змей ужасный
И вглубь, и вширь, и поперек.
Корабль, краскою блиставший,
С дырой в боку ко дну идет.
Ржавеет все – тросы, лебедка,
Опоры зданий и мостов,
И даже руль подводной лодки
Всегда к ржавлению готов.
И где же выход из проблемы,
И в чем причина бедствий тех?
Найдем ответ мы непременно.
Учитель: Что же нам надо будет выяснить сегодня на уроке о коррозии, чтобы найти выход из проблемы, касающейся разрушения металлов?
Учитель обобщает: Чтобы бороться с врагом, его надо знать в лицо. Таким образом, нам надо будет ответить на следующие вопросы:
1. В чём состоит сущность коррозии?
2. Какие виды коррозии встречаются в природе?
3. Какие факторы оказывают влияние на коррозию?
4. Можно ли противостоять коррозии? Слайд 8
Эпиграфом к сегодняшнему уроку будет являться следующая фраза: «Знать – значит победить!» (А.Н. Несмеянов)
Учащиеся высказывают свои предположения
4. Открытие новых знаний
Учитель: Для того, чтобы найти ответы на поставленные вопросы, мы проведём небольшую групповую работу по заданиям, которые вы сейчас получите (раздаёт дидактический материал, приложение №2 к уроку). Время на выполнение - 5-7 минут, затем каждая группа предоставляет отчёт о проделанной работе.
Выполняют задания по инструкциям
5. Контроль и коррекция полученных знаний.
Учитель просит представителя от 1 группы зачитать задание, предложенный текст и вариант ответа.
По ходу ответа учитель открывает информацию на слайде презентации. Слайды 9-11.
Учитель: Одним из замечательных памятников старого Дели в Индии является минарет Кутуб-Минар, построенный в 1200 г. Во дворе минарета уже более тысячи лет стоит известная Делийская железная колонна. Эта колонна знаменита тем, что она не подверглась разрушающему действию коррозии. О Делийской колонне рассказывают много легенд, касающихся ее исключительной коррозийной стойкости.
Чем же объясняют исключительную коррозийную устойчивость металла, из которого сделана эта колонна? Есть разные версии её антикоррозийной устойчивости, но, скорее всего, высокую коррозийную стойкость колонны можно объяснить условиями, в которых она находится. Дело в том, что климат Дели, в особенности там, где находится колонна, очень сухой: относительная влажность в течение года не превышает 50-60%, а обычная – в пределах 30- 40%. Слайд 12.
А какие ещё факторы оказывают влияние на скорость протекания коррозии? Об этом нам расскажет группа №2. Слайд s 13-14
Учитель : Если вы спросите 100 разных людей, что у них ассоциируется с Парижем, то, скорее всего, услышите - Эйфелева башня. Слайд 15
Эта железная леди является самой узнаваемой, самой посещаемой и самой фотографируемой туристической достопримечательностью мира.
Больше 200 миллионов людей посетили Эйфелеву башню с тех пор, как ее построили в 1889 году, ведь именно с вершины этой башни можно увидеть весь Париж. Но вся беда в том, что башня серьёзно больна, коррозия очень сильно разрушает её конструкции. Чтобы защитить башню от коррозии её покрывают 60 тоннами краски каждые 7 лет. 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). В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н. э.) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии.
Задачей химиков было и остается выяснение разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и потому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить.
О том, как это можно сделать нам расскажет группа №3.
По ходу выступления учитель демонстрирует информацию на слайде. Слайд 16-17
Учитель: Как вы уже, наверное, поняли - коррозия - самый опасный враг металлов. Но любого врага всегда можно не только укротить, но и приручить. Можно ли коррозию использовать во благо для металлов? Об этом нам расскажет группа №4.
Учащиеся класса оформляют записи в тетрадях.
Выступление учащегося (зачитывает задание и предлагает вариант ответа).
Учащиеся оформляют записи в тетрадях.
6. Первичное закрепление правильности усвоения материала.
Учитель: Ребята, мы нашли с вами ответы на все вопросы, поставленные в начале урока. А сейчас проверим, как вы поняли и усвоили новый материал. Для этого я каждой группе задам отдельный вопрос.
На слайде демонстрируются вопросы для каждой группы. Слайд 18
Вопрос 1. Требуется скрепить железные детали. Какими заклепками следует пользоваться медными или цинковыми, чтобы замедлить коррозию железа?
Вопрос 2. Медная гайка навернута на болт, изготовленный из железа. Какая из этих деталей будет разрушаться при коррозии во влажном воздухе
Вопрос 3. Лист железа, покрытый цинком, и лист железа, покрытый оловом, процарапали до железа. Будет ли подвергаться коррозии железо в обоих случаях?
Вопрос 4 . Можно ли ставить на зуб стальную коронку, если на соседнем поставлена золотая?
Учащиеся отвечают на вопросы
7. Проверка правильности усвоения знаний
Учитель: А теперь небольшая проверочная работа на оценку. Проводится тест - пятиминутка по индивидуальным заданиям (приложение №3)
Выполняют тест на отдельных листках
§10, №№1,2 Слайд 1 9
Записывают в дневники
9. Рефлексия: «Три М».
Учащиеся совещаются, затем озвучивают свою версию для всех
10. Подведение итогов урока
Учитель: Китайская мудрость гласит «Даже если вы достигли вершины горы, продолжайте карабкаться дальше".
Многие армянские сказки заканчиваются фразой: «… первое яблоко тому, кто рассказывал. Второе – тому, кто слушал. А третье-кому? Тому – кто понял».
Я уверена, что сегодня с урока вы уходите с яблоками, хотя и виртуальным.
Спасибо за сотрудничество! Урок окончен! До свидания! Всем добра и успехов! Слайд 2 0
Учащиеся покидают кабинет
Приложение №1.
Информация 1 . В III столетии до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи бога Солнца Гелиоса. Статуя была изготовлена из глины, основой служил железный каркас, а сверху статуя была покрыта листами из бронзы ( сплав меди с оловом). Колосс Родосский считался одним из 7 чудес света однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения.
В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера, была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище её было обшито сплавом меди и никеля, киль и другие детали были изготовлены из стали. Когда яхту спустили на воду, оказалось, что она не пригодна к использованию. И ещё до выхода в открытое море была полностью выведена из строя.
Информация 2.
31 января 1951 года во время сильного мороза обрушился железный мост в Квебеке (Канада), введенный в эксплуатацию в 1947 году.
В 1964 году рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире – 400 метровая антенная мачта в Гренландии.
В 1967 году, в Западной Вирджинии был разрушен Серебряный мост. Стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. В результате погибли 46 людей, которые в то время находились на мосту.
В 1983 году в США, во время смерча из-за ослабших болтов был разрушен самый высокий мост Кинзу.
Информация 3. Подсчеты, которые были сделаны в начале 20-х годов ХХ века, показали, что за время с 1860 по 1920 года, то есть за 60 лет, было выплавлено чугуна во всем мире 1860 млн. тонн, из них 660 млн. тонн было безвозвратно потеряно, что составило около 33% от всего выплавленного металла.
Сейчас считают, что примерно около 10% всей ежегодно выплавляемой стали идет на покрытие безвозвратных потерь металлов. Наша страна ежегодно теряет 5-6 млн. тонн металла. Иначе говоря, буквально в пыль превращается годовая продукция крупного металлургического комбината. Каждая шестая доменная печь работает впустую.
Информация 4. За 1997-1999 годы в ОАО "Самаранефтегаз" произошло 4594 прорыва нефтепроводов и 5883 прорыва водоводов.
По оценкам специалистов, от 5 до10 процентов транспортных строительных конструкций, зданий и сооружений ежегодно выходит из строя или требует ремонта из-за повреждений. Наиболее повреждаемыми инженерными сооружениями на транспорте являются железобетонные фундаменты, опоры контактной сети и линий электропередачи, мосты, виадуки и путепроводы, подземные пешеходные переходы, коллекторы сточных вод, сети водоснабжения.
Ежегодно в различные трубопроводы закачивается около 70000 млрд. литров воды, каждый третий из которых не доходит до потребителя. В деньгах это примерно 600 млрд. рублей убытка, не считая моральных и материальных издержек от аварий.
Приложение №2.
Текст №1. Коррозия металлов. Основные виды коррозии.
Коррозия (от латинского “corrodere” – разъедать, разрушать) – это процесс самопроизвольного разрушения металлов и сплавов при их взаимодействии с окружающей средой.
В основе коррозийных процессов лежат окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся переходом металлов в более устойчивое, естественное состояние.
Естественное состояние металла в природе – это его окисленное состояние. Металлы входят в состав минералов самого разнообразного состава. Круг металлов, которые можно встретить в природе в свободном состоянии, весьма ограничен (примером могут служить золотые самородки). Человечество тратит огромное количество энергии на выделение металлов из его соединений, а коррозия возвращает их обратно.
Таким образом, коррозию можно рассматривать как процесс перехода металла в то естественное, природное состояние, в котором мы встречаем его в земной коре.
Коррозию часто отождествляют с термином "ржавчина". На самом деле это не одно и тоже. К оррозия — это процесс, а ржавчина - один из его результатов. Это слово применимо только к железу, входящему в состав стали и чугуна. Ржавчина — это слой частично гидратированных оксидов железа, образующийся на поверхности железа и некоторых его сплавов в результате коррозии.
По механизму протекания коррозионных процессов выделяют два вида коррозии - химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия представляет собой самопроизвольное разрушение металла в результате окислительно - восстановительной реакции с веществами - окислителями из окружающей среды. Она может протекать в любых средах и не сопровождается возникновением электрического тока.
Окислителями (корродирующими агентами) могут быть сухие газы (О2, СО2, SО2, HC1, оксиды азота и др.), перегретый водяной пар, жидкости, не являющиеся электролитами (нефть, смазочные масла, керосин и др.), а также расплавы органических и неорганических веществ, в том числе металлов.
В зависимости от этого химическая коррозия бывает газовая или жидкостная.
Электрохимическая коррозия – это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока.
Примером коррозионных процессов электрохимического характера является разрушение деталей машин и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, во влажной атмосфере, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых при механической обработке металлов и т.д.
Причиной электрохимической коррозии является образование на поверхности металла большого количества микрогальванических пар, которые возникают при контакте двух металлов с разной химической активностью.
При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:
На аноде происходит окисление атомов металла Роль анода выполняет более активный металл.
На катоде происходит принятие электронов, которые поступают с анода, каким-либо окислителем (ионы, молекулы, которые содержатся в растворе электролита и способны восстанавливаться).
В кислотах в качестве окислителя преимущественно выступают ионы водорода, тогда на катоде протекает следующий процесс: В нейтральной среде в качестве окислителя преимущественно выступает растворенный кислород, тогда на катоде протекает следующий процесс:Роль катода выполняет менее активный металл или примесные включения.
Читайте также: