Исследовательская работа «Влияние среды на ржавление железного гвоздя»
Влияние среды на ржавление железного гвоздя.
МБОУ «Гимназия» п.г.т. Богатые Сабы
Сабинского муниципального района
учитель Миннегалиева А.М.
История изучения коррозии металлов.
Современное понятие о коррозии.
Заключение. Методы защиты металлов от коррозии.
Список используемой литературы.
Жизнь человека без металлов невозможна. Лучше всего об этом написал Сычев А.П. и Фадеев Г.Н. в своей книге «Химия металлов»:
«Странно представить себе в наше время, что люди когда-то могли обходиться без металлов. Допустите на минуту, что металлы вдруг исчезли из употребления. Пустынный и страшный мир откроется перед вами. Опустели улицы городов и сел – не стало машин. Вид самих улиц ужасен. Они завалены обломками бывших железобетонных зданий, мостов. Не мчатся по рельсам поезда, а в небе не раздается гул моторов. Мир Земли распался: отдалились друг от друга континенты, страны и народы – нет средств сообщения и информации. Добраться до ближайшего поселения человека стало неимоверно трудно. Неизмеримо возросли трудности общения между людьми в мире без металлов. Нет телевидения, радио, телеграфа и телефона; нет электрического света и даже керосиновой лампы. Кругом воцарились мрак и тишина. В руках женщины каменная игла и каменный нож, а у мужчин — каменные топоры, деревянный лук. Мир без металлов ужасен, а без их соединений невозможен вообще». Но к сожалению, очень часто под воздействием окружающей среды поверхность металла самопроизвольно разрушается. Это связано с тем, что металлы, вступая в реакции с окружающей средой, как бы стремятся перейти в те соединения, в которых они находились в природе (оксиды, сульфиды и др.). Этот процесс называется коррозией металлов.
Потери от коррозии колоссальны. Каждая шестая домна работает лишь для того, чтобы восполнить потери металлов, «съеденных» ржавчиной. 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 и создание тех или иных машин и механизмов. Кроме того, немало труда приходится затратить, чтобы заменить «изъеденные» коррозией детали новыми. Например, для замены проржавевших под землей водопроводных труб приходится копать глубокие траншеи. В городе для этого надо сначала взломать асфальт, который лишь иногда лишь недавно был уложен. Чтобы сменить детали, например, химических или нефтехимических аппаратов, приходится останавливать производство, а вынужденная остановка даже на сутки обходится большими потерями готовой продукции. При коррозии загрязняется окружающая среда (например, за счет утечки газа, нефти), может произойти снижение качества или порча выпускаемой продукции и т.д. Таким образом, потери от коррозии в сотни раз превосходят стоимость металла.
История изучения коррозии металлов.
Люди издавна интересовались вопросами защиты от коррозии. Древнегреческий историк Геродот (5 век до нашей эры) и древнеримский ученый Плиний Старший (1 век до нашей эры) упоминают о применении олова для защиты железа от ржавчины.
Средневековые алхимики мечтали о получении нержавеющего железа. Уже в двадцатых годах 19 века электролитическую коррозию изучают Г. Дэви и М. Фарадей. С тех пор во многих странах мира было выполнено очень много работ по коррозии различных металлических материалов. Однако правильной, научно обоснованной теории электрохимической коррозии не было. Существовала лишь теория, выдвинутая в 1830 году швейцарским ученым Де ла Ривом, оказавшаяся неверной, согласно которой подвергаться коррозии может лишь такой материал, в котором есть инородные включения. В начале тридцатых годов 20 века, советский ученый Фрумкин А.Н., изучая амальгамы металлов, показал, что активный металл амальгамы растворяется в кислотах, хотя амальгама – это однородное вещество.
В 1935 году А.И. Шултин объяснил коррозию как индивидуальных металлов, так и сплавов. Он рассмотрел механизм протекания процесса коррозии и факторы, влияющие на его скорость. В том же 1935 году Я.В. Дурдин так же высказал обоснованную им мысль о растворении металлов в кислотах без наличия инородных включений в них. Таким образом, советские ученые, в первую очередь Шултин и Дурдин, сформулировали теорию электрохимической коррозии металлических материалов.
Современное понятие о коррозии. Виды коррозии.
И так, что же такое коррозия.
Коррозия (от латинского слова «коррозио» — разъедание) – это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой.
В зависимости от условий, в которых протекает коррозия, и механизма взаимодействия металлов с окружающей средой различают химическую и электрохимическую коррозию.
При использовании металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии. Для того, что бы убедиться, мы решили провести опыт в различных средах и с различными металлами. Для проведения опыта мы приготовили 5 стаканов и 5 железных гвоздей.
1й стакан – заполнили обыкновенной водопроводной водой и опустили в
2й стакан – заполнили водопроводной водой, добавили поваренной соли
и опустили в него гвоздь.
3й стакан – заполнили водопроводной водой с поваренной солью, к гвоздю
прикрепили медную проволоку и опустили в стакан.
4й стакан — заполнили водопроводной водой с поваренной солью, к гвоздю
прикрепили предварительно зачищенную наждачной бумагой
алюминиевую проволоку и опустили в стакан.
5й стакан — заполнили водопроводной водой с поваренной солью, добавили
в раствор гидроксид натрия и опустили в него железный гвоздь.
Результаты получились следующие:
1й стакан – железо слабо прокорродировало, в чистой воде коррозия идет
медленнее, так как вода слабый электролит. В данном случае мы
наблюдаем химическую коррозию.
2й стакан – химическая коррозия. Но здесь скорость коррозии гораздо выше,
чем в первом случае, следовательно, хлорид натрия увеличивает
3й стакан –железный гвоздь в контакте с медной проволокой опущен в раствор
хлорида натрия. Скорость коррозии очень велика, образовалось
много ржавчины. Следовательно, хлорид натрия – это сильно
коррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее
активным металлом – медью.
А (+) на железе на меди К(-)
4й стакан – так же наблюдается коррозия железного гвоздя, алюминиевая
проволока остается без изменений, хотя её перед началом опыта
была очищена от оксидной пленки наждачной бумагой, вероятно,
оксидная пленка образовалась снова.
5й стакан – железный гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому
добавили гидроксид натрия. Коррозия железа в данном случае
Выводы: Мы убедились на опыте, что коррозию железа можно уменьшить с
помощью гидроксида натрия. Он замедляет процесс коррозии, а
гидроксид анионы являются ингибиторами, то есть замедлителями
коррозии. Из моих наблюдений можно сделать вывод, что
алюминий для протекторной защиты использовать нельзя, так как
железо все равно разрушается.
Заключение. Методы защиты металлов от коррозии.
Для защиты металлов от коррозии используют различные методы:
Легирование металлов. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, кремний, кобальт и другие элементы. Так, нержавеющая сталь содержит до 18 % хрома и до 10% никеля.
Металл изолируют от контакта с окружающей средой путем применения различных покрытий, которые можно разбить на две группы: неметаллические – эмали, лаки, краски; металлические – лужение (покрытие оловом), цинкование, никелирование. Но если, например, целостность поверхности луженного железа нарушена, то, поскольку защищающий металл (олово) менее активен, разрушаться будет железо.
Можно для защиты железа так же использовать протекторную защиту с помощью более активного металла, который будет вызывать действие агрессивной среды на себя, например – цинк или магний.
Понижение агрессивных свойств среды достигается добавлением в раствор веществ, замедляющих коррозию, — ингибиторов. В зависимости от природы металла и раствора применяют различные ингибиторы. Так, для защиты железа и стали в нейтральных средах можно использовать щелочи.
О том, что с коррозией металлов можно бороться мы убедились на нашем опыте.
Список используемой литературы:
1.ГабриелянО.С. Химия 9, 10. М. 2003г.
2.Кукушкин Ю. Химия вокруг нас. М., 1992г.
3.Мезенин Н. Занимательно о железе. М., 1
Источник
Ржавчина и коррозия-4: как ржавеет гвоздь в разных условиях
В марте я поставила предварительный опыт, в котором у меня также дистиллированная вода испарялась быстрее. Однако уже в июньском опыте обе воды испарялись с одинаковой скоростью, из-за чего пришлось поставить еще и июльский опыт — и тоже скорость испарения дистиллированной и водопроводной воды была примерно одинаковой.
Что это значит? Что весной свойства воды отличаются от свойств воды летом?
Для доказательства этого факта придется ставить многолетний опыт. посмотрим, хватит ли у меня энтузиазма. однако я точно ничего не читала в химических книгах о коррозии о различиях в зависимости от сезона, хотя где-то читала о том, что весенний бетон отличается от осеннего.
Теперь коррозия в разных условиях:
Дистиллированная вода + гвоздь + масло сверху (чтобы изолировать от проникновения воздуха)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Дистиллированная вода + гвоздь + резиновая пробка (для предотвращения поступления дополнительного воздуха извне)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Дистиллированная вода + гвоздь (свободное поступление воздуха)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Водопроводная вода + гвоздь (свободное поступление воздуха)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Водопроводная вода + гвоздь + постоянный магнит (как влияет магнитное поле на коррозию)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Дистиллированная вода + гвоздь + NaCl, насыпанная на дно (как соль влияет на скорость коррозии)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Водопроводная вода + гвоздь + NaCl, насыпанная на дно (чуть меньше соли получилось в июльском опыте)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Водопроводная вода + гвоздь + медь (медь должна усиливать коррозию железа)
Июньский опыт:
Водопроводная вода + гвоздь + H2SO4 (кислота должна ускорять коррозию)
Июньский опыт:
Июльский опыт:
Исходя из обычных представлений о коррозии железа, ожидалось, что под маслом и под резиновой пробкой коррозия гвоздя должна быть замедленной или вообще отсутствовать, поскольку нет возможности для воздуха проникать в воду. Однако видно, что коррозия прекрасно себе идет и под маслом, и под резиновой пробкой, ну, может, чуть медленнее, чем в открытой пробирке. Неужели проникновение воздуха в раствор не играет роли?
Кроме того, в открытой пробирке образуется больше хлопьев, падающих на дно, а в пробирке с маслом образуется пылевидный налет по стенкам пробирки вместо хлопьев. Выходит, масло как-то препятствует образованию хлопьев?
При сравнении коррозии в дистиллированной воде и водопроводной видно, что черные колечки в дистиллированной воде начинают образовываться уже к 8 суткам, а в водопроводной только после 20 суток. Что же это за черное вещество? Это может быть FeO или Fe3O4, а может и углерод, хотя в стали углерода не более 1,2%. Обожгла гвоздь с налетом на газу, если бы это был углерод, он бы превратился в СО2 и улетучился, вместо этого черный налет приобрел бурый оттенок. Выходит, это все-таки FeO, который при обжиге превращается в Fe2O3?
А дистиллированная вода быстрее реагирует с гвоздем, чем водопроводная, это видно и по скорости образования осадка на дне пробирки, и по скорости превращения Fe2O3 (оранжевого) в Fe3O4 (черный).
NaCl замедляет процесс коррозии. Чем больше было соли, тем медленнее ржавел гвоздь. Хотя
считается, что, напротив, соль ускоряет коррозию, потому что в море любое железо разрушается быстрее.
Источник
