Вивчення корозії металів у рамках теми Загальні властивості металів

План 1.Навчальний комплекс 1.Навчальний комплекс 2.Тести 3.Матеріал лекції 3.Матеріал лекції

Одну з найважливіших проблем, яку покликана розвязувати хімія, - руйнування металевих конструкцій унаслідок корозії Одну з найважливіших проблем, яку покликана розвязувати хімія, - руйнування металевих конструкцій унаслідок корозії

Доцільно розглядати корозію металів та засоби запобігання їй на заняттях з хімії коли учні вже вивчили Доцільно розглядати корозію металів та засоби запобігання їй на заняттях з хімії коли учні вже вивчили окисно – відновні реакції, ознайомилися з властивостями металів і їх використанням. окисно – відновні реакції, ознайомилися з властивостями металів і їх використанням. В навчальний комплекс входять:

1) лекція Корозія металів та захист від неї; 1) лекція Корозія металів та захист від неї; 2) практична робота Дослідження корозії сталі в різних умовах; 2) практична робота Дослідження корозії сталі в різних умовах; 3) конференція Засоби боротьби з корозією. 3) конференція Засоби боротьби з корозією.

Метали в природі найчастіше зустрічаються лише у звязаному стані (в окисненій формі). Це оксиди, сульфіди, хлориди, карбонати тощо. А це значить, що на їх відновлення треба витратити енергію, оскільки метали у відновленій формі характеризуються більшим запасом енергії. Метали в природі найчастіше зустрічаються лише у звязаному стані (в окисненій формі). Це оксиди, сульфіди, хлориди, карбонати тощо. А це значить, що на їх відновлення треба витратити енергію, оскільки метали у відновленій формі характеризуються більшим запасом енергії. Таким чином, відновлена форма – це нестійкий стан для більшості металів, вони будуть самочинно переходити у свій природний стан, тобто окиснюватися.

Ми маємо уявлення про окиснення металів, з яких виготовлені апарати хімічних виробництв, нам також відомо, що окисненню піддаються металеві частини двигунів внутрішнього згорання, сопла літаків, ракет, а в побуті – труби водопостачальних мереж та опалювальних систем, крани, металеві предмети тощо. Ми маємо уявлення про окиснення металів, з яких виготовлені апарати хімічних виробництв, нам також відомо, що окисненню піддаються металеві частини двигунів внутрішнього згорання, сопла літаків, ракет, а в побуті – труби водопостачальних мереж та опалювальних систем, крани, металеві предмети тощо. Звідси робимо висновок: руйнування металів унаслідок їх окиснення завдає великих збитків народному господарству. Розглядаємо види корозії:

1) хімічна корозія – це окиснення металів за температур, вищих за температуру конденсації води, коли на поверхні металу немає водної плівки. Цей тип корозії в природі практично не зустрічається, але спостерігається в апаратах на різноманітних хімічних виробництвах. Як приклад демонструємо окиснення мідного дроту киснем і згоряння заліза в хлорі. Після дослідів записуємо рівняння окисно-відновних процесів: 1) хімічна корозія – це окиснення металів за температур, вищих за температуру конденсації води, коли на поверхні металу немає водної плівки. Цей тип корозії в природі практично не зустрічається, але спостерігається в апаратах на різноманітних хімічних виробництвах. Як приклад демонструємо окиснення мідного дроту киснем і згоряння заліза в хлорі. Після дослідів записуємо рівняння окисно-відновних процесів: 2Cu + O 2 = 2CuO; 2Cu + O 2 = 2CuO; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 ; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 ;

2) електрохімічна корозія – це окиснення металів за температур, нижчих за температуру конденсації води; за таких умов на поверхні металу завжди є плівка води. У цьому випадку поряд з хімічними процесами (відщеплення електронів) відбуваються й електричні процеси (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої). Як приклад детально розглядаємо процеси корозії, які відбуваються при контакті заліза із цинком та при контакті заліза із міддю. 2) електрохімічна корозія – це окиснення металів за температур, нижчих за температуру конденсації води; за таких умов на поверхні металу завжди є плівка води. У цьому випадку поряд з хімічними процесами (відщеплення електронів) відбуваються й електричні процеси (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої). Як приклад детально розглядаємо процеси корозії, які відбуваються при контакті заліза із цинком та при контакті заліза із міддю.

У першому випадку учні порівнюють стандартні електродні потенціали заліза та цинку: У першому випадку учні порівнюють стандартні електродні потенціали заліза та цинку: E Fe 2 +/Fe = -0,44 B; E Fe 2 +/Fe = -0,44 B; E Zn 2 +/Zn = -0,76 B E Zn 2 +/Zn = -0,76 B і відзначають, що при контакті цих металів кородіюватиме цинк, оскільки його електродний потенціал менший, ніж у заліза (цинк – анод, залізо – катод). і відзначають, що при контакті цих металів кородіюватиме цинк, оскільки його електродний потенціал менший, ніж у заліза (цинк – анод, залізо – катод).

У кислому середовищі: У кислому середовищі: HCl = H + Cl. HCl = H + Cl. A: Zn – 2e = Zn. A: Zn – 2e = Zn. K: 2H + 2e = H 2. K: 2H + 2e = H 2.

У розчині нагромаджуються іони Zn+2, Cl-. У нейтральному середовищі на катоді відбувається відновлення молекули води за схемою: У розчині нагромаджуються іони Zn+2, Cl-. У нейтральному середовищі на катоді відбувається відновлення молекули води за схемою: O 2 + 2H 2 O + 4e = 4OH -. O 2 + 2H 2 O + 4e = 4OH -.

Аналогічно розглядаємо електрохімічну корозію при контакті заліза та міді. Учні повинні самостійно записати рівняння реакцій, а потім перевірити їх із записом учителя на дошці. 1.Нейтральне середовище – H 2 O, O 2. На аноді (Fe): Fe – 2e = Fe 2+. На катоді (Cu): O 2 + 2H 2 O + 4e = 4OH -. У розчині: Fe OH - = Fe (OH) 2 ; 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3. Сумарне рівняння: 4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3.

2. Кисле середовище – HCl = H + +Cl -. На аноді (Fe): Fe – 2e = Fe 2+. На катоді (Cl): 2H + + 2e = H 2. У розчині: Fe 2+,Cl -. Сумарне рівняння: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2.

Висновок 1 Електрохімічну корозію викликають, головним чином, домішки інших металів та неметалічних речовин, а також неоднорідність поверхні металу. Електрохімічну корозію викликають, головним чином, домішки інших металів та неметалічних речовин, а також неоднорідність поверхні металу. Згідно з теорією електрохімічної корозії, у цих випадках при контакті металу з електролітом (вологим шаром) на його поверхні виникають гальванічні мікроелементи. При цьому метал з більш негативним потенціалом (анод) руйнується: його іони переходять у розчин, а електрони – до менш активного металу (катод), на якому відбувається відновлення йонів Гідрогену (воднева деполяризація) або відновлення розчиненого у воді кисню (киснева деполяризація). Згідно з теорією електрохімічної корозії, у цих випадках при контакті металу з електролітом (вологим шаром) на його поверхні виникають гальванічні мікроелементи. При цьому метал з більш негативним потенціалом (анод) руйнується: його іони переходять у розчин, а електрони – до менш активного металу (катод), на якому відбувається відновлення йонів Гідрогену (воднева деполяризація) або відновлення розчиненого у воді кисню (киснева деполяризація).

За наявності нерівностей За наявності нерівностей анодом буде внутрішня поверхня заглиблень, а катодом – зовнішня відкрита поверхня. Швидкість корозії тим більша, чим далі розташовані один від одного в ряді стандартних електродних потенціалів ті метали, з яких утворений гальванічний елемент (гальванічна пара).

Висновок 2 Біологічна корозія – це окиснення металу під впливом мікроорганізмів або продуктів їх метаболізму. Цей вид корозії відбувається в ґрунті, застійній та гнилісний воді. Її механізм зводиться до того, що самі мікроорганізми та продукти їх метаболізму провокують електрохімічну корозію.

Практична робота: Мета: зясування умов, які провокують корозію заліза в агресивному середовищі, та умов, які запобігають їй. Метод: ваговий – перед дослідженням корозії зважуємо зразки (цвяхи). У ході роботи закладаємо пять серій дослідів:

1 (контрольна): уміщуємо залізний цвях у пробірку, наповнену водою; 1 (контрольна): уміщуємо залізний цвях у пробірку, наповнену водою; 2: замість води використовуємо розчин натрій хлориду з додаванням натрій гідроксиду; 2: замість води використовуємо розчин натрій хлориду з додаванням натрій гідроксиду; 3: замість води використовуємо чистий розчин натрій хлориду; 3: замість води використовуємо чистий розчин натрій хлориду; 4: у розчині натрій хлориду до цвяха (на всю його довжину) прикріплюємо мідний дріт; 4: у розчині натрій хлориду до цвяха (на всю його довжину) прикріплюємо мідний дріт; 5: у розчині натрій хлориду до цвяха (на всю його довжину) прикріплюємо цинковий дріт. 5: у розчині натрій хлориду до цвяха (на всю його довжину) прикріплюємо цинковий дріт.

Залишаємо зразки в лабораторії до наступного заняття. наявність явища корозії: Залишаємо зразки в лабораторії до наступного заняття. наявність явища корозії: 1. зменшення ваги зразків, 2. обєм витраченого кисню, тобто за підвищенням рівня рідини в пробірці, 3. Характер продуктів корозії, що утворилися в осаді. ВИСНОВОК: Порівнюючи результати дослідів, зясовуємо, що додавання до води розчину натрій хлориду посилює корозію, а введення натрій гідроксиду, навпаки, знижує корозійний процес.

Унаслідок стискання заліза з міддю корозія різко посилюється. Під час стискання заліза із цинком залізо майже не кородує, а кородує цинк (у цьому випадку випадає осад білого кольору). Унаслідок стискання заліза з міддю корозія різко посилюється. Під час стискання заліза із цинком залізо майже не кородує, а кородує цинк (у цьому випадку випадає осад білого кольору).

Загальні висновки: Загальні висновки: 1. Швидкість корозії залежить від складу агресивного середовища, 2. Від введення домішок інших металів або контактів різних металів: а) більш активний метал виконує функцію анода, заряджається негативно та розчиняється, б) менш активний метал заряджається позитивно і виконує функцію катода (на його поверхні відновлюються катіони середовища)). Запропонуйте методи захисту металів від корозії: Використання захисних поверхневих покриттів металів, Використання захисних поверхневих покриттів металів, Зміна складу середовища – використання інгібіторів, Зміна складу середовища – використання інгібіторів, Протекторний захист Протекторний захист Електрозахист, тощо. Електрозахист, тощо.

Реферативні виступи на теми: Захисні поверхневі покриття металів, Захисні поверхневі покриття металів, Створення сплавів з антикорозійними властивостями, Створення сплавів з антикорозійними властивостями, Протекторний захист та електрозахист металів, Протекторний захист та електрозахист металів, Використання інгібіторів. Використання інгібіторів.