Для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют

Обновлено: 19.04.2024

Задача. Максимальное вовлечение каждого ученика в самостоятельную работу по решению поставленной проблемы.

Цель, реализуемая на кейс-уроке.

· Интеллектуальное и творческое развитие обучающихся;

· развитие у них коммуникативных навыков;

· приобретение ими опыта поиска и выработка альтернативных решений.

Для изучения коррозии металлов задача урока построена на основе материала, предложенного традиционной программой по химии учащимся 9 классов.

Действия учащихся.

Данная задача может быть использована как обучающая для самостоятельного получения знаний по теме «Коррозия металлов», или как контрольная задача для проверки знаний по данной теме, что предполагает обобщение и применение ранее полученных знаний учащимися.

Обучающиеся на уроке должны:

1.уметь находить точную информацию в тексте;

2. решать задачу с привлечением дополнительной информации, личного опыта;

3. уметь давать развернутый ответ на вопрос в свободной форме;

4.показать умение работать с таблицами (анализировать, дополнять правильными ответами);

5. не бояться высказывать предположение и обосновывать его.

Список использованной литературы.

1. Улиг Г.Г. Коррозия и борьба с ней / Г.Г. Улиг, Р.У. Реви. - Л.: Химия, 1989. - 344 с.

2. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы / В. М. Никифоров. - М.: Высшая школа, 1980. - 450 с.

3. Герасимов Я. И. Курс физической химии / Я. И. Герасимов, В. П. Древинг, Е. Н. Еремин и др. - М.: Химия, 1973. - 624 с.

4. Исаев Н. И. Теория коррозийных процессов / Н. И. Исаев. - М.: Металлургия, 1997. - 368 с.

5. Cеменова И.В. Коррозия и защита от коррозии / И. В. Семеновой. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 232 с.

6. Вячеславов П. М. Металлические покрытия, нанесенные химическим способом / П. М. Вячеславов. - Л.: Машиностроение, 1985. - 103 с.

7. Строкан Б. В. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии / Б. В. Строкан. -Л.: Химия, 1987. - 280 с.

8. Иванов Е.С. Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах Е.С. Иванов. - М.: Металлургия, 1986. - 175 с.

9. Френкель Г.Я. Протекторная защита от коррозии металлического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений / Г.Я. Френкель. - М.: Гидропроект, 1993. - 186 с.

10. Шлугер М. А. Коррозия и защита металлов / М. А. Шлугер, Ф. Ф. Ажогин, Е. А. Ефимов. - М.: Металлургия, 1981. - 215 с.

11. Розенфельд И. Л. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями / И. Л. Розенфельд, Ф. И. Рубинштейн, К. А. Жигалова. - М.: Химия, 1987. - 222 с.

12. Люблинский Е. Я. Электрохимическая защита от коррозии / Е. Я. Люблинский. - М.: Металлургия, 1987. - 96 с.

Тип кейса : обучающий

Содержание кейса

В начале XX века из Нью-Йоркского порта вышли в открытый океан красавица-яхта. Её владелец, американский миллионер, не пожалел денег, чтобы удивить свет. Корпус был сделан из очень дорогого в то время алюминия, листы которого скреплялись медными заклепками. Это было красиво-сверкающий серебристым блеском корабль, усеянный золотистыми головками заклепок! Однако через несколько дней обшивка корпуса начала расходиться, и яхта быстро пошла быстро ко дну.

Задания.

1. Почему? Что же случилось с яхтой? Объясните этот факт.

2. Предложите свой способ спасения яхты.

3. Что общего в этих изображениях?

Ответ: изделия из сплавов металлов

Записан верный ответ на вопрос

Другой ответ или ответ отсутствует

У поэта В. Шефнера есть очень образные строчки:

Коррозия – рыжая крыса,

Грызёт металлический лом

Коррозия или как ее иногда называют - «Рыжий дьявол» - это давний и очень опасный враг большинства металлов, применяемых в быту, технике и на производстве. Коварство этого извечного врага в том, что, невидимый, он остается всегда целым и невредимым, а металлы и сплавы несут огромные потери. По подсчетам экономистов, ущерб, наносимый коррозией, во много раз превышает потери даже от такого страшного стихийного бедствия, как пожары! Да это и неудивительно, ведь огонь буйствует сравнительно редко, а коррозия действует постоянно, ни на один час, ни на одно мгновение не прекращая свою подрывную деятельность. Около четверти всех производимых в мире металлов и сплавов – это 30 млн. тонн – становятся ежегодно жертвами коррозии. Она их уничтожает! Существенные убытки она причиняет даже косвенно. Вспомните хотя бы утечку нефти и газа из съеденного коррозией трубопровода. Коррозия досрочно выводит из строя детали, оборудование и целые сооружения. Знаменитая Эйфелева башня – символ Парижа - неизлечимо больна, только постоянная химиотерапия помогает бороться со смертельным недугом, источник которого коррозия. Башню красили уже 18 раз, отчего ее масса (9 тыс. тонн) каждый раз увеличивается на 70 тонн. Потери от коррозии в сотни раз превосходят стоимость самого металла, так как они означают напрасный труд людей, создавших конструкцию, и предполагают дополнительный труд по замене проржавевших изделий, потери готовой продукции, загрязнение окружающей среды.

4. Интересный способ превращения железа в сталь через ржавление в земле был известен людям с глубокой древности. Черкесы, например, закапывали полосовое железо в землю, а, откопав его через 10-15 лет, выковывали из него сабли, которые могли перерубить даже ружейный ствол, щит, кости врага. В земле железо, конечно, ржавело, но одновременно оно насыщалось … и …при контакте с веществами почвы. После выкапывания ржавое железо нагревали в горнах, ковали, а затем охлаждали водой – закаляли. Позднее перешли к плавке железа под слоем …, вместо закапывания в землю.

Ответ: 1) Углеродом и азотом

2) древесного угля

Записаны верные ответы на два вопроса

Записан верный ответ на один вопрос

Другие ответы или ответ отсутствует

Информационный материал.

Слово «коррозия» происходит от латинского corrodere, что означает «разъедать». Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево. Например, в настоящее время мы являемся свидетелями большого беспокойства широких слоев людей в связи с тем, что от кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора.

Таким образом, коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды. Процессы физического разрушения к коррозии не относят, хотя часто они наносят не меньший вред памятникам культуры. Их называют истиранием, износом, эрозией.

Химическая коррозия.

Коррозией металлов называется их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. С изделиями из железа мы на каждом шагу встречаемся в быту и знаем, как много хлопот доставляют его ржавление и сама ржавчина. Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы корродируют, но не ржавеют. Хотя корродируют практически все металлы, в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа. Коррозия металлов чаще всего сводится к их окислению и превращению в оксиды. В частности, коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением:

Сущность процесса химической коррозии.

Если два различных металла, находящихся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита (в реальных условиях это, например, грунтовые воды, сконденсированная влага из атмосферы), то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее, будет разрушаться, предохраняя менее активный металл от коррозии. Например, при контакте железа с медью в водной среде железо, как более активный металл, постепенно корродирует, переходя в воду в виде ионов железа.

Электрохимический ряд активности металлов

Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала .

Наибольшие коррозионные разрушения наблюдаются на танках, вмещающих светлые сорта нефтепродуктов — бензины, керосины и т. п.,— от воздействия на металл корпуса сернистых соединений и различных кислотных остатков, входящих в их состав.

Электрохимической коррозией является процесс разрушения металла при соприкосновении его с жидкостями, проводящими электрический ток (электролитами). Это разрушение происходит на границе между металлом и жидкостью и вызвано электрохимической реакцией, возникающей между ними, аналогично явлению, протекающему в гальваническом элементе. Таким электролитом по своему химическому составу является морская вода. Металлический же корпус судна, представляющий собой неоднородный по структуре материал, образует большое количество микрогальванических пар, являющихся анодами, с участков которых металл, коррозируя, переходит в раствор.

В судостроении наибольшие потери металлов от корродирования происходят вследствие электрохимической коррозии, влияние на которую оказывает состав морской воды (наличие в ней солей и содержание кислорода). Рассматривая коррозионные разрушения корпуса, можно обнаружить следующую закономерность: наибольшему разрушению подвергается наружная обшивка корпуса в районах грузовой ватерлинии и действия гребных винтов, верхняя палуба у бортов, концевые поперечные переборки, палубы трюмов в районе льял, сварные швы и головки заклепок.

Методами борьбы с коррозией корпуса судна являются: выбор металла, обладающего наибольшей коррозионной стойкостью в определенных условиях эксплуатации судна; применение легированных сталей; нанесение на поверхность металла различных покрытий — гальванизация, металлизация и плакирование металлом (цинком, никелем, хромом и др.), лакокрасочные покрытия и установка электрохимической (катодной и протекторной) защиты, а также исключение контактов стальных конструкций с деталями из других сплавов, в первую очередь с цветными металлами.

Для борьбы с коррозией существует много способов.

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.

3. Введение в рабочую среду, где находятся металлические детали, веществ, которые в десятки и сотни раз уменьшают агрессивность среды. Такие вещества называют ингибиторами коррозии. Ингибиторы коррозии вводят в замкнутые системы охлаждения, в нефтепродукты и даже впрыскивают в газопроводы для снижения коррозии труб изнутри. Для предотвращения коррозии железа в серной кислоте к ней добавляют в качестве ингибитора азотную кислоту.

4. Создание контакта с более активным металлом — протектором. Например, для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют цинк (рис. 47). На суше металлические конструкции линии электропередачи (ЛЭП) и трубопроводов соединяют с листом или куском более активного металла. С этой же целью к деталям конструкции мостов приваривают куски цинка.

5. Исследуйте свою квартиру, дом и установите, где использованы антикоррозионные покрытия. Постройте классификацию антикоррозионных покрытий на основании областей их применения.

Антикоррозионные покрытия

Области применения

Найдите дополнительную информацию о коррозии и способах борьбы с ней. Отчет о проделанной работе предоставить в произвольной форме.

6. Сияющие золотые купола православных церквей символизируют пламя свечи – знак обращения души верующего к Богу. Какие цели преследовало золочение куполов? Что в данном случае важнее – польза или красота?

Ответ: 1) Самый распространенный цвет православных куполов олицетворяет вечность и небесную славу. Покрытие золотом купола имело практическую пользу. В то время защищать кровельное железо от коррозии никак не умели. При этом золотой купол без ремонта мог выстоять не менее века. Золото хорошо защищало железо от коррозии.

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 учителя

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».

Учащимся предлагается назвать три момента, которые у них получились хорошо в процессе урока, и предложить одно действие, которое улучшит их работу на следующем уроке.

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.

§ 13. Коррозия металлов

«Ржа ест железо» — гласит русская народная поговорка. Ржавчина, которая появляется на поверхности стальных и чугунных изделий, — это яркий пример коррозии.

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. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены.

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. Понятно, почему на защиту металлов и сплавов от коррозии тратят большие средства.

Коррозию металлов и сплавов (их окисление) вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, водные растворы солей (морская вода, грунтовые воды). Эти компоненты непосредственно окисляют металлы — происходит химическая коррозия.

Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа. Особенно сильно корродирует металл во влажном воздухе и при соприкосновении с водой (рис. 43). Упрощённо этот процесс можно выразить следующим уравнением химической реакции:

Химически чистое железо почти не корродирует, а техническое железо, которое содержит различные примеси, например в чугунах и сталях, ржавеет. Следовательно, одной из причин возникновения коррозии является наличие примесей в металле, т. е. его неоднородность.

Сущность процесса коррозии для этого случая покажем на следующем примере. Если два различных металла, находящихся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита (в реальных условиях это, например, грунтовые воды, сконденсированная влага из атмосферы), то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее, будет разрушаться, предохраняя менее активный металл от коррозии.

Например, при контакте железа с медью в водной среде железо, как более активный металл, постепенно корродирует, переходя в воду в виде ионов железа (рис. 44, а).

Электроны, высвободившиеся из атомов железа, перейдут к меди и на её поверхности соединятся с ионами водорода, выделившимися из компонентов водной среды (например, серной или других кислот; вам, очевидно, известно выражение «кислотные дожди»). Этот электрохимический процесс можно представить так:

И наоборот, при контакте железа с более активным цинком последний, разрушаясь, защищает железо от коррозии (рис. 44, б).

Для борьбы с коррозией существует много способов. Назовём некоторые из них.

1. Нанесение защитных покрытий на поверхности предохраняемого от коррозии металла. Для этого часто используют масляные краски, эмали, лаки (рис. 45). Эти неметаллические покрытия дешёвые, но обычно недолговечные. Раз в два года, а иногда и чаще 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.

2. Использование нержавеющих сталей, содержащих специальные добавки. Например, «нержавейка», из которой изготавливают столовые приборы, содержит до 12% хрома и до 10% никеля. Лёгкие нержавеющие сплавы включают алюминий или титан. Всякий, кто был во Всероссийском выставочном центре, видел перед входом обелиск «Покорителям космоса», облицованный пластинками из титанового сплава (рис. 46). На его блестящей поверхности нет ни одного пятнышка ржавчины.

3. Введение в рабочую среду, где находятся металлические детали, веществ, которые в десятки и сотни раз уменьшают агрессивность среды. Такие вещества называют ингибиторами коррозии.

Ингибиторы коррозии вводят в замкнутые системы охлаждения, в нефтепродукты и даже впрыскивают в газопроводы для снижения коррозии труб изнутри. Для предотвращения коррозии железа в серной кислоте к ней добавляют в качестве ингибитора азотную кислоту.

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

1. Медь на воздухе покрывается тонким слоем оксида, придающим ей тёмную окраску, но во влажном воздухе и в присутствии углекислого газа на её поверхности образуются соединения зелёного цвета ((СиOН)₂СO₃). Напишите уравнения реакций коррозии меди.

2. Щелочные и щёлочноземельные металлы хранят под слоем керосина для предотвращения контакта с воздухом, так как они интенсивно взаимодействуют с составными частями воздуха. Напишите уравнения возможных реакций, сопровождающих коррозию этих металлов.

3. Что такое ингибиторы коррозии? Что такое протекторы? Чем отличается механизм их действия при защите металлов от коррозии?

4. Лужёное железо, покрытое защитной оловянной плёнкой, поцарапали. Что будет происходить с изделием?

5. О каком материале строка В. В. Маяковского: «По крыше выложили жесть. » ?

6. В начале XX в. из нью-йоркского порта вышла в открытый океан красавица яхта. Её владелец, американский миллионер, не пожалел денег, чтобы удивить свет. Корпус яхты был сделан из очень дорогого в то время алюминия, листы которого скреплялись медными заклёпками. Это было красиво — сверкающий серебристым блеском корабль, усеянный золотистыми головками заклёпок! Однако через несколько дней обшивка корпуса начала расходиться и яхта быстро пошла ко дну. Почему?

§ 20. Металлы (окончание)

Для борьбы с коррозией используют много способов. Назовём некоторые из них.

1. Нанесение защитных покрытий на поверхность 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 чаще их требуется обновлять. Так, например, красят Эйфелеву башню в Париже.

Защищаемый от коррозии 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.

2. Использование нержавеющих сталей, содержащих специальные добавки. Например, «нержавейка», из которой изготавливают столовые приборы, содержит до 12% хрома и до 10% никеля. В состав лёгких нержавеющих сплавов входят алюминий или титан. Памятник Ю. А. Гагарину (скульптор П. Бондаренко, архитекторы Я. Белопольский, Ф. Гажевский, 1980) облицован пластинками из титанового сплава (рис. 122). На его гладкой блестящей поверхности нет ни одного пятнышка ржавчины.

4. Создание контакта с более активным металлом — протектором. Например, для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют цинк. Да и на суше металлическую конструкцию (трубу, ЛЭП и т. д.) соединяют с листом или куском более активного металла. С этой же целью к деталям конструкции мостов приваривают куски цинка.

1. Какими особенностями строения отличаются: а) атомы; б) кристаллы металлов? Как их строение определяет свойства этого класса веществ? Каким одним словом можно охарактеризовать химические свойства металлов?

2. Что такое электрохимический ряд напряжений металлов? Какими двумя правилами ряда напряжений характеризуются свойства металлов?

3. Какие условия необходимы для взаимодействия металлов с растворами кислот?

4. Какие условия необходимы для взаимодействия металлов с растворами солей?

5. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) натрий → пероксид натрия → оксид натрия → гидроксид натрия → сульфат натрия;

б) железо → хлорид железа (II) → хлорид железа (III) → гидроксид железа (III) → оксид железа (III) → железо;

6. Что такое коррозия металлов? Какие виды коррозии различают?

7. Запишите уравнения всех возможных реакций, в результате которых литий корродирует на воздухе.

8. Что такое гальваностегия? Как её используют для защиты металлов от коррозии?

Читайте также: