„Metode de protecție a metalelor împotriva coroziunii” - Protecție galvanică de protecție. Coroziunea chimică. Mecanism de coroziune. Multe metale se corodează. Anodul se prăbușește. Capacul de rugina. Fosfatarea. Proces de coroziune. Înfrângere. Suprafeţe. Fisurare prin coroziune sub tensiune. Coroziunea electrochimică. Protecția împotriva coroziunii. Galvanizat la rece.
„Coroziunea metalelor și tipurile sale” - Clasificarea tipurilor de coroziune. Sarcini cognitive. Eprubete. Experienta de laborator. Factorii care provoacă procesul de coroziune. Coroziune. Procesele care au loc la catod. Proces de coroziune. Intensitatea coroziunii. Metode de protecție împotriva coroziunii. Exemple de protecție a produselor metalice. O sarcină inventiva. Sarcini.
„Coroziunea metalelor” - De ce sunt necesare metale? Distrugerea metalelor și aliajelor sub influență mediu inconjurator numită coroziune. Proprietățile fizice ale metalelor. Coroziunea metalelor Metode de obţinere a metalelor. Electroliză. Legatura metalica. Dintre cele două metale, cele mai active corodează. General proprietăți fizice metale. Proprietățile chimice ale metalelor.
„Tipuri de coroziune metalică” - Seria electrochimică de tensiuni metalice. Coroziunea electrochimică. Coroziune. Tipuri de protecție împotriva coroziunii. Coroziunea chimică. Monumente. Șobolan ruginit. Metode de protecție împotriva coroziunii. Tipuri de coroziune. Coroziunea metalelor. Pericol.
„Procesul de coroziune a metalelor” - Metale din subgrupele secundare. Coroziunea metalelor. Proprietățile de coroziune ale metalelor. Coroziune - șobolan roșu, roadă fier vechi. Distrugerea spontană a metalelor și aliajelor. Metode de protecție împotriva coroziunii. Coroziunea electrochimică. Tipuri de coroziune. Coroziunea chimică. Agenții reducători sunt metalele. Aluminiu.
„Coroziunea metalelor” – Etapa practică. Metode de protecție împotriva coroziunii. Condiții favorabile coroziunii electrochimice. Cresterea temperaturii. Etapa istorică. Mecanismul coroziunii electrochimice. Cu cât metalul este mai activ, cu atât este mai susceptibil la coroziune. Factori corozivi. Coroziunea afectează negativ viața și sănătatea umană.
Sunt 9 prezentări în total
Unele metale din natură pot apărea în stare nativă. Acestea sunt în principal metale prețioase, cum ar fi aurul. Se extrage prin spalare mecanica din rocile din jur. Cu toate acestea, marea majoritate a metalelor (cele care se află în partea stângă a seriei de tensiuni) se găsesc în natură sub formă de compuși.
Mineralele naturale care conțin metale și potrivite pentru producția industrială de metale se numesc minereuri. Când primiți orice metal, trebuie să:
1) separarea minereului de roca sterilă;
2) recuperați metalul din compus.
În funcție de metoda de producere a metalelor, se face distincția între pirometalurgie, hidrometalurgie și electrometalurgie.
Pirometalurgia acoperă metode de obținere a metalelor din oxizii acestora. În cazurile în care minereul este o sare, de exemplu sulfura de zinc, este transformat în prealabil într-un oxid:
2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2
Carbonul, monoxidul de carbon (II), hidrogenul, metanul sunt utilizați ca agenți reducători ai metalelor din oxizii lor:
Cu 2 O + C = 2Cu + CO
Reducerea cu cărbune (cocs) se realizează de obicei atunci când metalele rezultate nu formează carburi deloc sau formează carburi fragile; astfel sunt fierul și multe metale neferoase.
Recuperarea metalelor din compușii lor cu alte metale se numește metalotermie. Aceste procese au loc și la temperaturi ridicate. Ca agenți reducători se folosesc aluminiu, magneziu, calciu, sodiu și siliciu.
Dacă agentul reducător este aluminiu, atunci procesul se numește alumotermie, dacă magneziul este căldură de magneziu:
Cr 2 О 3 + 2Аl = 2Cr + Аl 2 O 3 ТiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2
Metalurgia este de obicei folosită pentru a obține acele metale (și aliajele lor) care, atunci când oxizii lor sunt redusi cu cărbune, formează carburi. Acestea sunt mangan, crom, titan, molibden, wolfram etc.
Uneori, metalele sunt reduse din oxizi cu hidrogen (hidrogenotermie):
MoO3 + 3H2 = Mo + 3H2O
Hidrometalurgia acoperă metode de obținere a metalelor din sărurile acestora. În acest caz, elementul metalic al minereului este mai întâi transformat într-o sare solubilă folosind un reactiv adecvat și numai apoi metalul este îndepărtat direct din soluție.
În prezent, metale precum cuprul, argintul, zincul, uraniul etc. sunt extrase prin metoda hidrometalurgică. minereuri de cupru conţin oxid de cupru. Acest minereu este procesat
acid sulfuric diluat și transformat în sulfat de cupru, solubil în apă:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
După aceea, cuprul este extras din sulfatul de cupru fie prin electroliză, fie deplasat folosind fier: CuSO 4 + Fe = Cu + FeSO 4
Electrometalurgie acoperă metode de obținere a metalelor prin electroliză. În acest fel, din oxizii sau clorurile lor topiți se obțin în principal metale ușoare - aluminiu, sodiu și altele.
Proprietățile chimice și fizice ale metalelor sunt determinate de structura atomică și de caracteristicile legăturii metalice. Toate metalele se disting prin capacitatea lor de a dona cu ușurință electroni de valență. În acest sens, metalele prezintă proprietăți reducătoare pronunțate. Gradul de activitate reductivă a metalelor reflectă o serie de tensiuni.
Cunoscând poziția metalului în acest rând, se poate trage o concluzie despre valoarea comparativă a energiei cheltuite pentru separarea electronilor de valență de atom. Cu cât este mai aproape de începutul rândului, cu atât metalul se oxidează mai ușor. Cele mai active metale înlocuiesc hidrogenul din apă în condiții normale cu formarea de alcali:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Metalele mai puțin active înlocuiesc hidrogenul din apă sub formă de vapori supraîncălziți și formează oxizi:
2Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Reacționează cu acizii diluați și anoxici, înlocuind hidrogenul din ei:
Zn + 2HCI = ZnCI2 + H2
Metalele, care se află în seria tensiunilor după hidrogen, nu îl pot deplasa din apă și din acizi, ci intră în reacții redox cu acizii oxidanți fără a înlocui hidrogenul:
Cu + 2H2S04 ( Sfârșit ) = CuS04 + SO2 + H2O
Toate metalele precedente le deplasează pe următoarele din seria tensiunilor din sărurile lor: Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
În toate cazurile, metalele implicate în reacție sunt oxidate. Oxidarea metalelor se observă și în interacțiunea directă a metalelor cu nemetale:
2Na + S = Na 2 S 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
Majoritatea metalelor reacţionează activ cu oxigenul pentru a forma oxizi de diferite compoziţii.
Oxidarea metalelor duce adesea la distrugerea lor. Distrugerea metalelor de către mediu se numește coroziune. Există două tipuri principale de coroziune: chimică și electrochimică.
Coroziunea chimică este distrugerea unui metal prin oxidarea lui în mediu fără a genera curent electric în sistem. În acest caz, metalul interacționează cu părțile constitutive ale mediului - cu gaze și neelectroliți.
Deci, fierul din aer ruginește - este acoperit cu o peliculă subțire de oxizi (FeO, Fe 2 O 3 sau Fe 3 O 4, în funcție de condiții). Oxidarea fierului are loc și mai puternic în prezența apei:
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe (OH) 3
Pe măsură ce temperatura crește, coroziunea chimică crește.
Coroziunea sub acțiunea substanțelor la temperaturi ridicate în tehnologie (în metalurgie, duze pentru motoare rachete, în turbine cu gaz Oh). Unele metale, de exemplu aluminiul, atunci când sunt expuse la oxigen sau la alți oxidanți (HNO 3 concentrat) formează o peliculă protectoare care previne contactul ulterioar al metalului cu agentul de oxidare și astfel protejează metalul de coroziune ulterioară.
Coroziunea electrochimică este distrugerea unui metal ca urmare a formării unei perechi galvanice și a apariției unui curent electric în interiorul sistemului. Coroziunea electrochimică apare atunci când două metale intră în contact cu un electrolit, iar metalele în sine sunt electrozii.
Când apare o pereche galvanică, apare un curent electric care este mai puternic, cu cât metalele sunt mai departe unele de altele în seria tensiunilor. În acest caz, fluxul de electroni trece de la metalul mai activ la cel mai puțin activ; metalul mai activ în acest caz este distrus (corodat).
De exemplu, atunci când apare o pereche galvanică zinc-cupru, zincul se corodează.
Luați plăci de zinc și cupru și coborâți-le într-o soluție de acid sulfuric, care este conținută în soluție sub formă de ioni:
Atomii de zinc, donând electroni sub formă de ioni, intră în soluție:
Zn ° -2e - ®Zn +2
Electronii trec prin conductor la cupru și de la cupru la ionii de hidrogen:
Н + + e - ®Н °
Pe placa de cupru se eliberează hidrogen sub formă de atomi neutri, iar zincul se dizolvă treptat. Astfel, cuprul, ca și cum ar atrage electroni din zinc, îl face pe acesta din urmă să se dizolve mai repede, adică.
favorizează oxidarea (vezi fig. 25).
Coroziunea electrochimică apare atât în prezența electroliților puternici, cât și a celor slabi, cu toate acestea, în prezența electroliților puternici, rata de coroziune este mai mare.
Din punctul de vedere al coroziunii electrochimice, devine clar de ce coroziunea crește dacă în metal sunt prezente impurități. Metalul și impuritățile formează o pereche galvanică, ducând la distrugerea metalului. În acele cazuri când este necesară o rezistență chimică foarte mare a metalelor, se obține puritatea lor ridicată.
Datorită faptului că coroziunea provoacă economie nationala daune uriașe, sunt dezvoltate diferite metode de protecție împotriva coroziunii. În prezent, se folosesc următoarele metode de bază de protecție împotriva coroziunii.
1. O acoperire de suprafață din metale care izolează metalul de Mediul extern.
Straturile pot fi metalice (zinc, cupru, nichel, crom) si nemetalice (lacuri, vopsele, emailuri).
Înblurirea este un proces în care fierul este expus la oxidanți puternici, în urma căruia metalul este acoperit cu o peliculă de oxid impermeabilă la gaze, care îl protejează de mediul extern.
2. Crearea aliajelor rezistente la coroziune, introducerea cromului, manganului, nichelului în compoziția oțelului face posibilă obținerea oțelului inoxidabil, care este utilizat pe scară largă în industrie.
Substanțele care încetinesc coroziunea și, uneori, o opresc aproape complet, sunt numite inhibitori - moderatori. Natura acțiunii inhibitorilor este diferită. Acestea fie creează o peliculă de protecție pe suprafața metalelor, fie reduc agresivitatea mediului.
Aliaje
Aliajele sunt sisteme compuse din două sau mai multe metale, precum și din metale și nemetale. Proprietățile aliajelor sunt foarte diverse și diferă de componentele originale. Legătura chimică din aliaje este metalică. Prin urmare, au un luciu metalic, conductivitate electrică și alte proprietăți ale metalelor.
Aliajele sunt obținute prin amestecarea metalelor în stare topită, se solidifică la răcirea ulterioară. În acest caz, sunt posibile următoarele cazuri tipice.
1. Metalele sunt amestecate și topite, urmate de solidificare. În acest caz, componentele care constituie aliajul se dizolvă unele în altele într-o măsură limitată sau nelimitată. Aceasta include metale care cristalizează în rețele de același tip și au atomi de dimensiuni similare, de exemplu, Ag-Cu, Cu-Ni, Ag-Au și altele. Când astfel de topituri sunt răcite, se obțin soluții solide. Cristalele acestora din urmă conțin atomi ai ambelor metale, ceea ce determină omogenitatea lor completă. În comparație cu metalele adevărate, soluțiile solide se caracterizează prin rezistență, duritate și rezistență chimică mai mari; sunt flexibili și conduc bine curentul electric.
2. Metalele topite se amestecă între ele în orice relație, totuși, la răcire, nu se formează o soluție solidă. Când astfel de aliaje se solidifică, se obține o masă, constând din cele mai mici cristale ale fiecăruia dintre metale. Acest lucru este tipic pentru aliajele Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb etc.
3. Metalele topite, atunci când sunt amestecate, interacționează între ele, formând compuși intermetalici. Un exemplu sunt compușii unor metale cu antimoniu: Na 3 Sb, Ca 3 Sb 2, NiSb etc.
În prezent, unele aliaje sunt preparate prin metalurgia pulberilor. Un amestec de metale este luat sub formă de pulberi, presat sub presiune mare și sinterizat la temperatură ridicată.
temperatura într-un mediu reducător. In acest fel se obtin aliaje superdure.
DEFINIȚIE
În contact cu mediul înconjurător, multe metale, precum și aliajele pe bază de metale, pot suferi distrugeri din cauza interacțiunii chimice (ORP cu substanțele din mediu). Acest proces se numește coroziune.
Se face distincția între coroziunea în gaze (coroziunea gazoasă), care apare la temperaturi ridicate în absența umidității pe suprafața metalelor, și coroziunea electrochimică (coroziunea în soluții de electroliți, precum și coroziunea într-o atmosferă umedă). Ca urmare a coroziunii gazelor, pe suprafața metalelor se formează oxid, sulfură etc. filme. Fitingurile pentru cuptor, piesele motoarelor cu ardere internă etc. sunt supuse acestui tip de coroziune.
Ca urmare a coroziunii electrochimice, oxidarea metalului poate duce atât la formarea de produse insolubile, cât și la trecerea metalului în soluție sub formă de ioni. Acest tip de coroziune afectează conductele din sol, părțile subacvatice ale navelor etc.
Orice soluție de electrolit este o soluție apoasă, iar apa conține oxigen și hidrogen capabile să reducă:
O 2 + 4H + + 4e = 2H 2 O (1)
2H + + 2e = H 2 (2)
Aceste elemente sunt agenți oxidanți care provoacă coroziune electrochimică.
Când scrieți procesele care au loc în timpul coroziunii electrochimice, este important să luați în considerare potențialele standard ale electrodului (EP). Deci, într-un mediu neutru, EP al procesului 1 este 0,8B, prin urmare, metalele EP ale căror EP sunt mai mici de 0,8B sunt supuse oxidării cu oxigen (metale situate în rândul de activitate de la începutul său până la argint) .
Procesul EP 2 - -0,41V, ceea ce înseamnă că doar acele metale sunt supuse oxidării cu hidrogen, al cărui potențial este mai mic de -0,41V (metale situate în linia de activitate de la începutul său până la cadmiu).
Viteza de coroziune este foarte influențată de impuritățile pe care le poate conține un metal sau altul. Deci, dacă metalul conține impurități nemetalice, iar EF-ul lor este mai mare decât EF-ul metalului, atunci viteza de coroziune crește semnificativ.
Tipuri de coroziune
Există mai multe tipuri de coroziune: atmosferică (coroziune în aer umed în condiții normale), coroziune în sol, coroziune cu aerare neuniformă (accesul cu oxigen la diferite părți ale unui produs metalic în soluție nu este același), coroziune de contact (contact a 2). metale, cu diferite PE într-un mediu în care este prezentă umiditatea).
În timpul coroziunii electrozilor (anod și catod), apar reacții electrochimice, care pot fi scrise prin ecuațiile corespunzătoare. Deci, într-un mediu acid, coroziunea electrochimică are loc cu depolarizarea hidrogenului, adică. hidrogenul este degajat la catod (1). Într-un mediu neutru, coroziunea electrochimică are loc cu depolarizarea oxigenului - apa este redusă la catod (2).
K (catod) (+): 2H + + 2e = H 2 - reducere (1)
А (anod) (-): Me - ne → Me n + - oxidare
К (catod) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - - reducerea (2)
În cazul coroziunii atmosferice, pe electrozi au loc următoarele reacții electrochimice (mai mult, la catod, în funcție de mediu, pot avea loc diverse procese):
А (anod) (-): Me → Me n + + ne
K (catod) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (în mediu alcalin și neutru)
K (catod) (+): O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (în mediu acid)
Protecția împotriva coroziunii
Pentru protejarea împotriva coroziunii sunt utilizate următoarele metode: utilizarea aliajelor rezistente chimic; protecția suprafeței metalelor cu acoperiri, care sunt cel mai adesea folosite ca metale, care sunt acoperite în aer cu pelicule de oxid rezistente la acțiunea mediului extern; tratarea mediului corosiv; metode electrochimice (protectie catodica, metoda protector).
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
EXEMPLUL 2
| Exercițiu | Piesa constă dintr-un aliaj fier-nichel. Care metal se va coroda mai repede? Notați ecuațiile proceselor anodice și catodice în timpul coroziunii atmosferice. Valori standard potențialele electrodului E (Fe 2+ / Fe) = - 0,444V, E (Ni 2+ / Ni) = -0,250V. |
| Soluţie | În primul rând, metalele active (care au cele mai negative valori ale potențialelor standard ale electrodului) suferă coroziune, în acest caz este vorba de fier. Când metalele interacționează cu substanțele din mediu, pe suprafața lor se formează compuși care au proprietăți complet diferite decât metalele în sine. V viață obișnuită repetăm adesea cuvintele „rugină ››,” ruginire „, văzând o acoperire galben-maronie pe produsele din fier și aliajele sale. Tipuri de coroziune1.Coroziunea chimică are loc într-un mediu neconductiv. 3 Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 Majoritatea metalelor sunt oxidate de oxigenul atmosferic, formând pelicule de oxid la suprafață. Dacă acest film este puternic, dens, bine lipit de metal, atunci protejează metalul de distrugerea ulterioară. Astfel de filme de protecție apar în Zn, AI, Cr, Ni, Sn, Pb, Nb, Ta etc. În fier, este liber, poros, se separă ușor de suprafață și, prin urmare, nu este capabil să protejeze metalul de distrugerea ulterioară.
Pentru a proteja fierul de coroziune, se folosesc diferite acoperiri: vopsea, un strat de metal (staniu, zinc). În același timp, vopseaua și tabla sunt protejate de coroziune atâta timp cât stratul protector este intact. Apariția fisurilor și a zgârieturilor în el favorizează pătrunderea umidității și a aerului la suprafața fierului, iar procesul de coroziune se reia, iar în cazul unei acoperiri cu staniu, acesta chiar accelerează, deoarece staniul servește ca catod în electrochimic. proces.
Proprietățile chimice includ capacitatea metalelor de a rezista la oxidare sau de a forma compuși cu diverse substanțe: oxigen atmosferic, umiditate (metale, combinate cu oxigenul și apa, forme de baze (alcali)), dioxid de carbon etc. Cu cât metalul intră mai bine în compuși cu alte elemente, cu atât este mai ușor distrus. Se numește distrugerea chimică a metalelor sub influența mediului la temperaturi obișnuite coroziunea metalelor . Proprietățile chimice ale metalelor includ capacitatea de a forma calcar atunci când sunt încălzite într-o atmosferă oxidantă, precum și de a se dizolva în diferite lichide chimic active: acizi, alcaline etc. Metalele care sunt rezistente la oxidare la încălzire puternică sunt numite termorezistent (rezistent la scară). Capacitatea metalelor de a-și menține structura la temperaturi ridicate, de a nu se înmuia și de a nu se deforma sub influența unei sarcini se numește rezistență la căldură. Rezistența metalelor la coroziune, formarea calcarului și dizolvare este determinată de modificarea greutății epruvetelor pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp. Coroziunea metalelor... Cuvântul „coroziune” (în latină - „eroziune”) este obișnuit să desemneze fenomenele binecunoscute, constând în ruginirea fierului, acoperirea cuprului cu un strat de oxid verde și modificări similare ale metalelor. Ca urmare a coroziunii, metalele sunt parțial sau complet distruse, calitatea produselor se deteriorează și pot fi inutilizabile. Majoritatea metalelor se găsesc în natură sub formă de compuși cu alte elemente, de exemplu, fier - sub formă de Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, FeCO 3, cupru - sub formă de CuFeS 2, Cu 2 S, aluminiu - sub formă de Al 2 O 3 etc. Ca urmare a proceselor metalurgice, legătura stabilă a metalelor cu substanțele, care se afla în stare naturală, este întreruptă, dar este restabilită în condițiile combinării metalelor cu oxigenul și alte elemente. Aceasta este cauza principală a coroziunii. Dezvoltarea teoriei coroziunii este meritul oamenilor de știință ruși V.A. Kistyakovsky, G.V. Akimov, N.A. Izgaryshev și alții. Potrivit cercetătorilor fenomenelor de coroziune, există două tipuri de coroziune: coroziunea electrochimică și coroziunea chimică. Coroziunea electrochimică(Fig. 13.) Procesul de distrugere a metalelor la contactul cu lichide care conduc curentul electric (electroliți) se numește, i.e. cu acizi, alcaline, soluții de săruri în apă, apă cu aer dizolvat în ea. Fenomenele care apar aici sunt similare cu cele care pot fi observate într-o celulă galvanică. În oțel, de exemplu, celula electrochimică formează carbură de fier și ferită. În electroliți, carbura rămâne neschimbată, în timp ce ferita se dizolvă și dă rugină cu substanța electrolitică - un produs de coroziune. Comportarea diferitelor metale în electroliți poate fi judecată după locul lor în seria tensiunilor: potasiu, calciu, magneziu, aluminiu, mangan, zinc, crom, fier, cadmiu, cobalt, nichel, staniu, plumb, hidrogen, antimoniu, bismut , cupru, mercur, argint, aur. În rândul dat, metalele sunt situate în funcție de mărimea potențialului electric normal (adică, obținut atunci când metalul este scufundat într-o soluție normală de sare) în raport cu hidrogenul. Fiecare metal din acest rând, împerecheat cu altul în electroliți, formează o celulă galvanică, iar metalul care este situat în stânga în rând va fi distrus. Deci, într-o pereche de cupru - zinc, zincul este distrus. Gama de tensiuni are o foarte mare semnificație practică: indică pericolul punerii în contact direct a unor metale diferite, deoarece aceasta creează condiții pentru formarea unei celule galvanice și distrugerea unuia dintre metalele situate la stânga în seria tensiunilor. Fig. 13 Diagrama schematică care ilustrează procesul de coroziune electrochimică. La un pol, un metal de bază se dizolvă (se corodează), la celălalt, se eliberează hidrogen. Coroziunea chimică este distrugerea metalelor și aliajelor în gaze uscate la temperaturi ridicate și în lichide care nu au proprietățile electroliților, de exemplu, ulei, benzină, săruri topite etc. În timpul coroziunii chimice sub influența oxigenului atmosferic, metalele sunt acoperite cu cel mai subțire strat de oxizi. În timpul coroziunii chimice, metalul nu este întotdeauna supus doar distrugerii de suprafață, dar coroziunea pătrunde și în adâncimea metalului, formând focare sau situate de-a lungul limitelor granulelor. (exemplu. Obiectele de argint se întunecă în timp, deoarece aerul conține compuși gazoși ai sulfului, care reacționează chimic cu argintul. Sulfura de argint rezultată rămâne la suprafața produselor sub forma unei pelicule maronii sau negre.) Mai multe despre subiectul articolului: |
II. Coroziunea electrochimică apare într-un mediu conductiv (într-un electrolit) cu apariția unui curent electric în interiorul sistemului. Părțile subacvatice ale navelor, cazanele de abur, conductele subterane, structurile metalice în aer umed sunt expuse coroziunii electrochimice. De regulă, metalele și aliajele sunt eterogene și conțin incluziuni de diverse impurități. Când intră în contact cu electroliții, unele părți ale suprafeței încep să joace rolul unui anod (renunț la electroni), în timp ce altele joacă rolul unui catod (primesc electroni).
