Химическая коррозия - это процесс, состоящий в разрушении металла при взаимодействии с агрессивной внешней средой. Химическая разновидность коррозийных процессов не имеет связи с воздействием электрического тока. При этом виде коррозии происходит окислительная реакция, где разрушаемый материал - одновременно восстановитель элементов среды.

Классификация разновидности агрессивной среды включает два вида разрушения металла:

  • химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах;
  • химическая газовая коррозия.

Газовая коррозия

Самая частая разновидность химической коррозии - газовая - представляет собой коррозийный процесс, происходящий в газах при повышенных температурах. Указанная проблема характерна для работы многих типов технологического оборудования и деталей (арматуры печей, двигателей, турбин и т.д.). Кроме того, сверхвысокие температуры используются при обработке металлов под высоким давлением (нагревание перед прокаткой, штамповкой, ковкой, термическими процессами и т.д.).

Особенности состояния металлов при повышенных температурах обуславливаются двумя их свойствами - жаропрочностью и жаростойкостью. Жаропрочность - это степень устойчивости механических свойств металла при сверхвысоких температурах. Под устойчивостью механических свойств понимается сохранение прочности в течение продолжительного времени и сопротивляемость ползучести. Жаростойкость - это устойчивость металла к коррозионной активности газов в условиях повышенных температур.

Скорость развития газовой коррозии обуславливается рядом показателей, в числе которых:

  • температура атмосферы;
  • компоненты, входящие в металл или сплав;
  • параметры среды, где находятся газы;
  • продолжительность контактирования с газовой средой;
  • свойства коррозийных продуктов.

На коррозийный процесс больше влияние оказывают свойства и параметры оксидной пленки, появившейся на металлической поверхности. Образование окисла можно хронологически разделить на два этапа:

  • адсорбция кислородных молекул на металлической поверхности, взаимодействующей с атмосферой;
  • контактирование металлической поверхности с газом, в результате чего возникает химическое соединение.

Первый этап характеризуется появлением ионной связи, как следствие взаимодействия кислорода и поверхностных атомов, когда кислородный атом отбирает пару электроном у металла. Возникшая связь отличается исключительной силой - она больше, нежели связь кислорода с металлом в окисле.

Объяснение такой связи кроется в действии атомного поля на кислород. Как только поверхность металла наполняется окислителем (а это происходит очень быстро), в условиях низких температур, благодаря силе Ван-дер-Ваальса, начинается адсорбция окислительных молекул. Результат реакции - возникновение тончайшей мономолекулярной пленки, которая с течением времени становится толще, что усложняет доступ кислорода.

На втором этапе происходит химическая реакция, в ходе которой окислительный элемент среды отбирает у металла валентные электроны. Химическая коррозия - конечный результат реакции.

Характеристики оксидной пленки

Классификация оксидных пленок включает их три разновидности:

  • тонкие (незаметны без специальных приборов);
  • средние (цвета побежалости);
  • толстые (видны невооруженным взглядом).

Появившаяся оксидная пленка имеет защитные возможности - она замедляет или даже полностью угнетает развитие химической коррозии. Также наличие оксидной пленки повышает жаростойкость металла.

Однако, действительно эффективная пленка должна отвечать ряду характеристик:

  • быть не пористой;
  • иметь сплошную структуру;
  • обладать хорошими адгезивными свойствами;
  • отличаться химической инертностью в отношении с атмосферой;
  • быть твердой и устойчивой к износу.

Одно из указанных выше условий - сплошная структура имеет особенно важное значение. Условие сплошности - превышение объема молекул оксидной пленки над объемом атомов металла. Сплошность - это возможность окисла накрыть сплошным слоем всю металлическую поверхность. При несоблюдении этого условия, пленка не может считаться защитной. Однако, из этого правила имеются исключения: для некоторых металлов, например, для магния и элементов щелочно-земельной групп (исключая бериллий), сплошность не относится к критически важным показателям.

Чтобы установить толщину оксидной пленки, используются несколько методик. Защитные качества пленки можно выяснить в момент ее образования. Для этого изучаются скорость окисления металла, и параметры изменения скорости во времени.

Для уже сформированного окисла применяется другой метод, состоящий в исследовании толщины и защитных характеристик пленки. Для этого на поверхность накладывается реагент. Далее специалисты фиксируют время, которое понадобится на проникновение реагента, и на основании полученных данных делают вывод о толщине пленки.

Обратите внимание! Даже окончательно сформировавшаяся оксидная пленка продолжает взаимодействовать с окислительной средой и металлом.

Скорость развития коррозии

Интенсивность, с какой развивается химическая коррозия, зависит от температурного режима. При высокой температуре окислительные процессы развиваются стремительнее. Причем снижение роли термодинамического фактора протекания реакции не влияет на процесс.

Немалое значение имеет охлаждение и переменный нагрев. Из-за термических напряжений в оксидной пленке появляются трещины. Через прорехи окислительный элемент попадает на поверхность. В результате образуется новый слой оксидной пленки, а прежний - отслаивается.

Не последнюю роль играют и компоненты газовой среды. Этот фактор индивидуален для разных видов металлов и согласуется с температурными колебаниями. К примеру, медь быстро поддается коррозии, если она контактирует с кислородом, но отличается устойчивостью к этому процессу в среде оксида серы. Для никеля же напротив, серный оксид губителен, а устойчивость наблюдается в кислороде, диоксиде углерода и водной среде. А вот хром проявляет стойкость ко всем перечисленным средам.

Обратите внимание! Если уровень давления диссоциации окисла превышает давление окисляющего элемента, окислительный процесс останавливается и металл обретает термодинамическую устойчивость.

На скорость окислительной реакции влияют и компоненты сплава. Например, марганец, сера, никель и фосфор никак не способствуют окислению железа. А вот алюминий, кремний и хром делают процесс более медленным. Еще сильнее замедляют окисление железа кобальт, медь, бериллий и титан. Сделать процесс более интенсивным помогут добавки ванадия, вольфрама и молибдена, что объясняется легкоплавкостью и летучестью данных металлов. Наиболее медленно окислительные реакции протекают при аустенитной структуре, поскольку она наиболее приспособлена к высоким температурам.

Еще один фактор, от которого зависит скорость коррозии, - характеристика обработанной поверхности. Гладкая поверхность окисляется медленнее, а неровная - быстрее.

Коррозия в жидкостях-неэлектролитах

К неэлектропроводным жидким средам (т.е. жидкостям-неэлектролитам) относят такие органические вещества, как:

  • бензол;
  • хлороформ;
  • спирты;
  • тетрахлорид углерода;
  • фенол;
  • нефть;
  • бензин;
  • керосин и т.д.

Кроме того, к жидкостям-неэлектролитам причисляют небольшое количество неорганических жидкостей, таких как жидкий бром и расплавленная сера.

При этом нужно заметить, что органические растворители сами по себе не вступают в реакцию с металлами, однако, при наличии небольшого объема примесей возникает интенсивный процесс взаимодействия.

Увеличивают скорость коррозии находящиеся в нефти серосодержащие элементы. Также, усиливают коррозийные процессы высокие температуры и присутствие в жидкости кислорода. Влага интенсифицирует развитие коррозии в соответствии с электромеханическим принципом.

Еще один фактор быстрого развития коррозии - жидкий бром. При нормальных температурах он особенно разрушительно воздействует на высокоуглеродистые стали, алюминий и титан. Менее существенно влияние брома на железо и никель. Самую большую устойчивость к жидкому брому показывают свинец, серебро, тантал и платина.

Расплавленная сера вступает в агрессивную реакцию почти со всеми металлами, в первую очередь со свинцом, оловом и медью. На углеродистые марки стали и титан сера влияет меньше и почти совсем разрушает алюминий.

Защитные мероприятия для металлоконструкций, находящихся в неэлектропроводных жидких средах, проводят добавлением устойчивым к конкретной среде металлов (например, сталей с высоким содержанием хрома). Также, применяются особые защитные покрытия (например, в среде, где содержится много серы, используют алюминиевые покрытия).

Способы защиты от коррозии

Методы борьбы с коррозией включают:

Выбор конкретного материала зависит от потенциальной эффективности (в том числе технологической и финансовой) его использования.

Современные принципы защиты металла основываются на таких методиках:

  1. Улучшение химической сопротивляемости материалов. Успешно зарекомендовали себя химически стойкие материалы (высокополимерные пластики, стекло, керамика).
  2. Изолирование материала от агрессивной среды.
  3. Уменьшение агрессивности технологической среды. В качестве примеров таких действий можно привести нейтрализацию и удаление кислотности в коррозийных средах, а также использование всевозможных ингибиторов.
  4. Электрохимическая защита (наложение внешнего тока).

Указанные выше методики подразделяются на две группы:

  1. Повышение химической сопротивляемости и изолирование применяются до того, как металлоконструкция запускается в эксплуатацию.
  2. Уменьшение агрессивности среды и электрохимическая защита используются уже в процессе применения изделия из металла. Применение этих двух методик дает возможность внедрять новые способы защиты, в результате которых защита обеспечивается изменением эксплуатационных условий.

Один из самых часто применяемых способов защиты металла - гальваническое антикоррозийное покрытие - экономически нерентабелен при значительных площадях поверхностей. Причина в высоких затратах на подготовительный процесс.

Ведущее место среди способов защиты занимает покрытие металлов лакокрасочными материалами. Популярность такого метода борьбы с коррозией обусловлена совокупностью нескольких факторов:

  • высокие защитные свойства (гидрофобность, отталкивание жидкостей, невысокие газопроницаемость и паропроницаемость);
  • технологичность;
  • широкие возможности для декоративных решений;
  • ремонтопригодность;
  • экономическая оправданность.

В то же время, использование широкодоступных материалов не лишено недостатков:

  • неполное увлажнение металлической поверхности;
  • нарушенное сцепление покрытия с основным металлом, что ведет к скапливанию электролита под антикоррозийным покрытием и, таким образом, способствует коррозии;
  • пористость, приводящая к повышенной влагопроницаемости.

И все же, окрашенная поверхность защищает металл от коррозийных процессов даже при фрагментарном повреждении пленки, тогда как несовершенные гальванические покрытия способны даже ускорять коррозию.

Органосиликатные покрытия

Химическая коррозия практически не распространяется на органосиликатные материалы. Причины этого кроются в повышенной химической устойчивости таких композиций, их стойкости к свету, гидрофобных качествах и невысоком водопоглощении. Также органосиликаты устойчивы к низким температурам, обладают хорошими адгезивными свойствами и износостойкостью.

Проблемы разрушения металлов из-за воздействия коррозии не исчезают, несмотря на развитие технологий борьбы с ними. Причина в постоянном возрастании объемов производства металлов и все более сложных условий эксплуатации изделий из них. Окончательно решить проблему на данном этапе нельзя, поэтому усилия ученых сосредоточены на поисках возможностей по замедлению коррозионных процессов.

При взаимодействии металлов с веществами окружающей среды на их поверхности образуются соединения, обладающие совершенно иными свойствами, чем сами металлы. В обычной жизни мы часто повторяем слова «ржавчина››, «ржавление», видя коричнево-желтый налет на изделиях из железа и его сплавах.
Ржавление — это частный случаи коррозии.
Коррозия — это процесс самопроизвольного разрушения металлов под влиянием внешней среды.
Однако разрушению подвергаются практически все металлы, в результате чего многие их свойства ухудшаются (или совсем теряются): уменьшаются прочность, пластичность, блеск, снижается электропроводность, а также возрастает трение между движущимися деталями машин, изменяются размеры деталей и т. д.
По своей химической природе коррозия — это окислительно-восстановительный процесс. В зависимости от среды, в которой он протекает, различают два вида коррозии.

Виды коррозии

1. Химическая коррозия происходит в не проводящей электрический ток среде.
Такой вид коррозии проявляется в случае взаимодеиствия металлов с сухими газами или жидкостями-неэлектролитами (бензином, керосином и др.). Такому разрушению подвергаются детали и узлы двигателей, газовых турбин, ракетных установок. Химическая коррозия часто наблюдается в процессе обработки металлов при высоких температурах.

3 Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4
4 Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидные пленки. Если эта пленка прочная, плотная, хорошо связана с металлом, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие защитные пленки появляются у Zn, AI, Сг, Ni, Sn, Pb, Nb, Та и др. У железа она рыхлая, пористая, легко отделяется от поверхности и потому не способна защитить металл от дальнейшего разрушения.

II. Электрохимическая коррозия происходит в токопроводящей среде (в электролите) с возникновением внутри системы электрического тока. Электрохимической коррозии подвергаются подводные части судов, паровые котлы, подземные трубопроводы, металлические конструкции, находящиеся во влажном воздухе. Как правило, металлы и сплавы неоднородны, содержат включения различных примесей. При контакте их с электролитами одни участки поверхности начинают выполнять роль анода (отдают электроны), а другие - роль катода (принимают электроны).

Для защиты железа от коррозии используются всевозможные покрытия: краска, слой металла (олова, цинка). При этом краска и олово предохраняют от коррозии до тех пор, пока защитный слой цел. Появление в нем трещин и царапин способствует проникновению влаги и воздуха к поверхности железа, и процесс коррозии возобновляется, причем в случае оловянного покрытия он даже ускоряется, поскольку олово служит катодом в электрохимическом процессе.
Оцинкованное железо ведет себя иначе. Поскольку цинк выполняет роль анода, то его защитная функция сохраняется и при нарушении цинкового покрытия. Катодная защита широко используется для уменьшения коррозии подземных и подводных трубопроводов и стальных опор высоковольтных передач, нефтяных платформ и причалов.

Омский государственный технический университет
Кафедра «Химия»
Новгородцева Л.В.
ОБЩАЯ ХИМИЯ
Химические свойства металлов.
Коррозия металлов.
Лекция
Мультимедийная слайд-лекция
©ОмГТУ, 2014

Распространение металлов в природе

МЕТАЛЛЫ В ПРИРОДЕ. КЛАРК.

Клаа́рковое числоа́ (или кларки элементов, ещё чаще говорят
просто кларк элемента) - числа, выражающие среднее
содержание химических элементов в земной
коре, гидросфере, Земле, космических
телах, геохимических или космохимических системах и др.,
по отношению к общей массе этой системы.
Выражается в % или г/кг.
Наиболее
распространены из
металлов в земной
коре
Алюминий
Al –
8,45 % (масс.)
Железо
Fe -
4,4 % (масс.)
Кальций
Ca -
3,3 % (масс.)
Натрий
Na -
2,6 % (масс.)
Магний
Mg -
2,1 % (масс.)
Титан
Ti -
0,61 % (масс.)

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДЕ

Из природных соединений металлов наиболее
распространенными являются оксиды.
Fe2O3 - гематит; Fe3O4 – магнитный железняк, магнетит;
Cu2O - куприт; Al2O3 - корунд; TiO2 – рутил, анатаз, брукит;
MnO2 - пиролюзит; SnO2 – касситерит и др.
Широко распространены сульфиды малоактивных
металлов: NiS; CuS; ZnS; PbS; FeS2.
В виде галидов:- фторидов, хлоридов - встречаются щелочные и
щелочноземельные металлы.
В виде карбонатов – легкие металлы - Mg, Ca (CaCO3).
В виде сульфатов – активные металлы Na, Ca, Ba, Mg (Na2SO4).
Растворимые соли металлов встречаются в воде океанов, морей, озер.

Получение металлов

Добывание металлов из руд

Большинство металлов находятся в природе в виде
соединений с другими элементами, в основном в виде руд.
В свободном состоянии (самородки)
встречаются золото и платина, а
серебро и медь – отчасти; иногда
попадается самородная ртуть
некоторые другие металлы.
Au и Pt добывают посредством
механического отделения от породы,
в которой они заключены (например
промывкой), или путем извлечения
их из породы различными реагентами
с последующим выделением из
раствора

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ

Получение металлов из руд их
восстановлением при высоких
температурах
Восстановители
Углерод (кокс)
PbO + C = Pb + CO
Оксид углерода
(II)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Водород
MnO2 + 2H2 = Mn + 2H2O
гидротермия
Более активный
металл
(металлотермия)
Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3
алюмотермия
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
магниетермия
карботермия

ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ

Растворение природного
соединения в виде водных
растворов с помощью различных
реагентов с последующим
выделением металла из
раствора. Процесс идет при
обычных температурах.
Восстановители – активные
металлы или электроны
Из руд золото извлекают с помощью цианида калия, а
затем восстанавливают порошкообразным цинком
2K + Zn→ K2 + 2Au
Металл получают в мелкораздробленном состоянии

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ

Электрометаллургия – получение металлов из водных
растворов или расплавов с помощью электрического тока
(электролизом)
Электролиз водных растворов: для получения малоактивных металлов
CuSO4 + H2O→ Cu0 + H2SO4 + O2
Катод (-): Cu2+ + 2e- → Cu0
Анод (+): 2H2O - 4e- → O2 + 4Н+
Электролиз расплавов: для
получения активных металлов
2NaClрасплав→ 2Na0 + Cl20
Катод (-): Na+ + 1e- → Na0
Анод (+): 2Cl- - 2e- → Cl20

ФЛОТАЦИОННЫЙ МЕТОД

Флотация – метод основанный на
различной смачиваемости поверхности
минерала водою.
Пример: руду, состоящую из сернистого металла и пустой
породы, измельчают, заливают водой, прибавляя малополярное
органическое вещество (для образования пены) и небольшое
количество реагента «коллектора», который адсорбируется
поверхностью минерала. Через смесь снизу пропускают струю
воздуха. В результате частицы минерала со слоем молекул
«коллектора» прилипают к пузырькам воздуха, а частицы пустой
породы, смоченные водой, опускаются на дно. Затем пену
собирают, отжимают и получают руду с большим содержанием
металла.

МАГНИТНЫЙ СПОСОБ

Магнитная сепарация применяется для обогащения руд, содержащих
минералы с относительно высокой магнитной восприимчивостью. К ним
относятся магнетит, франклинит, ильменит и пирротин, а также
некоторые другие минералы железа, поверхности которых могут быть
приданы нужные свойства путем низкотемпературного обжига.
Сепарация производится как в водной,
так и в сухой среде. Сухая сепарация
больше подходит для крупных зерен,
мокрая - для тонкозернистых песков и
шламов. Обычный магнитный сепаратор
представляет собой устройство, в котором
слой руды толщиной в несколько зерен
перемещается непрерывно в магнитном
поле. Магнитные частицы вытягиваются
из потока зерен лентой и собираются для
дальнейшей переработки; немагнитные
частицы остаются в потоке.

Природа химической связи в металлах

ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Высокая электропроводность, высокая теплопроводность,
пластичность, т.е. способность подвергаться деформации при
обычных и повышенных температурах, не разрушаясь.
Благодаря этому свойству металлы
поддаются ковке, прокатке,
вытягиванию в проволку (волочению),
штамповке.
Металлам присущи
также металлический
блеск, обусловленный
их способностью
хорошо отражать свет.

МЕТАЛЛЫ. ПОЛУПРОВОДНИКИ. ДИЭЛЕКТРИКИ. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Способность электронов свободно передвигаться по кристаллу
и переносить энергию из одной ее части в другую служит
причиной высокой тепло- и электропроводимости металлов
Валентные электроны, осуществляющие химическую связь,
принадлежат не двум или нескольким определенным атомам,
а всему кристаллу металла. При этом валентные электроны
способны свободно перемещаться в объеме кристалла.
Образованную таким образом
химическую связь называют
металлической связью.
Совокупность «свободных»
электронов в металле электронным газом

Химические свойства металлов

Стандартный водородный электрод

Для построения численной шкалы электродных
потенциалов нужно потенциал какого-либо электродного
процесса принять равным нулю. В качестве эталона для
создания такой шкалы принят электродный процесс:
2Н+ +2е- = Н2
Водородный электрод
Платиновая пластина,
электролитически покрытая
губчатой платиной и погруженная
в 1М раствор серной кислоты,
через который барботируется
газообразный водород по
давлением 1 атмосфера.
На поверхности соприкосновения
платины с раствором кислоты
устанавливается равновесный
процесс:
2Н+ +2е- ⇆ Н2

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД НАПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Потенциал водородного электрода воспроизводится с очень высокой
точностью. Поэтому водородный электрод и принят в качестве
эталона при создании шкалы электродных потенциалов.
Для определения потенциала того
или иного электродного процесса
нужно составить гальванический
элемент
из
испытуемого
и
стандартного
водородного
электрода и измерить его ЭДС.
Поскольку потенциал стандартного
водородного электрода равен нулю,
то
измерение
ЭДС
будет
представлять
собою
потенциал
электродного процесса.
Таким образом получают электрохимический ряд напряжения
металлов. Т.к. измерения проводят относительно водородного
электрода этот ряд называют водородной шкалой.

ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА. ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ

Ослабление восстановительных свойств, активности
Этот ряд называется электрохимическим рядом напряжения
металлов. Энергия ионизации, определяется положением
металла в периодической системе. В электрохимическом
ряду напряжения металл, стоящий левее, может вытеснять
из растворов или расплавов солей металл, стоящий правее.

Пользуясь этим рядом, можно предсказать, как металл будет
себя вести в паре с другим.
В электрохимический ряд напряжения включен также
водород. Это позволяет сделать заключение о том, какие
металлы могут вытеснить водород из растворов кислот.
Так, например, железо вытесняет водород из растворов
кислот, так как находится левее его;
медь же не вытесняет водород, так как находится правее
его в ряду напряжения металлов.

АКТИВНОСТЬ МЕТАЛЛОВ В СООТВЕТСТВИИ С РЯДОМ НАПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Li, K, Ba, Na, La, Mg, Lu, Be, Sc, Ti, Hf, Al, Zr, V, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd,
Co, Mo, Sn, W, Pb, H
Ge, Sb, Bi, Cu, Re, Ag, Pd, Hg, Pt, Au.
Все металлы можно разделить на группы:
активные металлы стоят в ряду активности перед Cd;
средней активности – находятся в ряду от Cd до Н;
малоактивные металлы стоят в ряду активности после Н.

ОБЩИЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Химические свойства металлов определяются:
строением их атомов,
типом кристаллической решетки.
Главное и наиболее общее свойство металлов – хорошие
восстановители, т.е. легко отдают электроны:
Ме0 - ne-→ Меn+
На основании ряда стандартных электродных потенциалов
можно сделать вывод о химической активности металлов
С солями более активный металл (стоящий левее в ряду
напряжения металлов) вытесняет менее активный из его
соли: Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu

ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПРОСТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

МЕТАЛЛ
кислород
оксиды, пероксиды,
надпероксиды
галогены
фториды, хлориды,
бромиды, иодиды
сера
сульфиды
азот
нитриды
фосфор
фосфиды
водород
гидриды
углерод
карбиды
кремний
силициды

Взаимодействие металлов с водой

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ С ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

Взаимодействие металлов с водой идет по реакции:
Ме0 + Н2О = МеОН + 1/2 H2

Ϥ0Red
Окислитель:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0Ох
Е= Ϥ0Ох - Ϥ0Red > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Red
Стандартный электродный потенциал ионов водорода в воде
(рН = 7):
Ϥ0Ох = -0,59.рН = -0,41 В
Поэтому условие восстановления металла водой можно
записать в виде:
Ϥ0Red < -0,41 В
Т.е. с водой, вытесняя из нее водород, взаимодействуют все
металлы, стоящие до Сd, стандартный электродный
потенциал которых ниже -0,41 В.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ

Активные металлы (металлы от начала ряда активности до Mg) с
водой дают гидроксиды и водород:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Металлы средней активности (от Mg до Н2) дают оксиды и
водород (при нагревании):
С горячей водой реагируют металлы стоящие в ряду от Mg до Cd:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Температура реакции t = 100 °С
Температура реакции t = 700 °С
Некоторые из металлов, расположенные
между Mg и Cd, например, Zn, Al покрыты защитными окисными
плёнками (ZnO, Al2O3) и не растворяются в воде, т.е. металл не
активен (пассивен). Явление называется пассивацией металла.
Неактивные металлы с водой не реагируют.

Взаимодействие металлов с кислотами

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Разбавленные кислоты являются окислителями за счет
водорода
Восстановитель: Ме0 - ne-→ Меn+
Ϥ0Red
Окислитель:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0Ох = Ϥ0 2H+/H2 = 0
Е= Ϥ0Ох - Ϥ0Red > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Red
Ϥ0Red < 0 В
Mg0 + 2HСl → МgCl2 + H2
Металлы, находящиеся в ряду напряжения металлов до
водорода вытесняют его из кислот (исключения:
концентрированная серная кислота, азотная кислота любой
концентрации).

ПАССИВАЦИЯ МЕТАЛЛОВ КИСЛОТАМИ

Иногда образуются нерастворимые или малорастворимые
продукты, которые тормозят реакцию.
Например, свинец Pb не растворяется в разбавленной серной
кислоте и соляной, т.к. образуются PbSO4 и PbCl2, которые не
растворяются в воде и тормозят окисление.
Pb + 2HCl = PbCl2 + H2
Эффект пассивации из-за образования защитной пленки на
поверхности, приводящий к замедлению реакции,
наблюдаются у некоторых других металлов.
Чаще всего продукты образуются при взаимодействии со
следующими кислотами: H3PO4, H2SO3, H2CO3, HCN, HF.

ТАБЛИЦА РАСТВОРИМОСТИ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ

В концентрированной серной кислоте в роли окислителя
выступает сера в степени окисления +6, входящая в
состав сульфат-иона SO42-.
Концентрированная серная кислота окисляет все
металлы, стандартный электродный потенциал которых
меньше 0,36 В, максимального значения электродного
потенциала в электродных процессах с участием сульфатиона SO42-.
Концентрированная серная кислота восстанавливается до
следующих продуктов
H2S+6O4 (к) → S+4O2 → S0 → H2S2-

ВЛИЯНИЕ АКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ

Активные металлы реагируют с кислотой, восстанавливая ее
до сероводорода
5H2S6+O4(k) + 4Zn = 4ZnSO4 + H2S +4H2O
Малоактивные металлы реагируют с кислотой, восстанавливая
ее до SO2
2H2S6+O4(k) + Cu0 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Концентрированная серная кислота пассивирует металлы
средней активности: Fe, Be, Cr, Co, Al. На поверхности
металла образуются плотные пленки оксида:
3H2SO4(k) +2Fe = Fe2O3 + 3H2O +3SO2
Металлы Re, Mo, Tc, Ti, V взаимодействуют в соответствии с
уравнением
2V +5H2SO4(k) =2HVO3+5SO2 + 4H2O

ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Кислотный остаток азотной кислоты (любой концентрации)
обладает высокой окислительной способностью.
В азотной кислоте в роли окислителя выступает азот в
степени окисления +5.
Восстанавливается кислота до следующих продуктов:
HN5+O3 → N4+O2 → N2+O → N+2O → N20 → N3-H3
Степень восстановления растет
Чем более концентрированная кислота тем более глубоко
она восстанавливается.
Характер продуктов реакции зависит как от концентрации
кислоты, так и от активности металла

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

Известно
около
сорока
различных
определений
термина тяжелые металлы, и невозможно указать на одно из
них, как наиболее принятое.
Используемым критерием может быть атомный вес свыше
50,
к тяжелым металлам относят более 40 металлов
периодической системы Д.И. Менделеева: V, Cr, Mn, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др.
Другим часто используемым критерием является плотность,
примерно равная или большая плотности железа (8 г/см3),
классификация Н. Реймерса: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn,
Bi, Hg.
Существуют классификации, основанные и на других
значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые
классификации делают исключения для благородных и
редких металлов, не относя их к тяжелым, некоторые
исключают нецветные металлы (железо, марганец).

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ С АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ

В случае взаимодействия тяжелых металлов с
концентрированной азотной кислотой чаще всего
выделяется оксид азота (IV) NO2, с разбавленной – оксид
азота (II) NO.
HNO3(разб) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
HNO3(конц) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
В случае концентрированной азотной кислоты чаще всего
выделяется оксид азота (IV) NO2, в случае разбавленной –
оксид азота (II) NO.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНО-ЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ С АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ

Концентрированная азотная кислота при взаимодействии с
щелочными (элементы 1 группы главной подгруппы: Li, Na,
K, Rb, Cs, Fr) и щелочно-земельными металлами (элементы 2
группы главной подгруппы (кроме Be, Mg): Ca, Sr, Ba, Ra)
восстанавливается до оксида азота (I) N2O
HNO3(конц) + Ca0 → Ca+2(NO3)2 + N+2O + H2O
HNO3(разб) + Ca0 → N-3H4NO3 + Ca(NO3)2+ H2O
Разбавленная азотная кислота при взаимодействии с
щелочными, щелочно-земельными металлами, Zn, Fe
восстанавливается до нитрата аммония NH4NO3.

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛА. ПАССИВАЦИЯ

В зависимости от химической природы металла отмечены следующие
закономерности:
металлы, у которых устойчива низкая степень окисления,
образуют соответствующие ионы:
Mg0 + HNO3 (разб) → Mg(NO3)2 + NO + H2O
металлы (W, Ti, V, Re, Tc), для которых наиболее характерна
высокая степень
кислоты:
окисления,
образуются
кислородсодержащие
W0 + 2HNO3 (разб) → H2WO4 + NO
W0 + 6HNO3 (конц) → H2WO4 + 6NO2 + 2H2O
3Tc + 7HNO3 (разб) → 3HTcO4 +7NO + 2H2O
Азотная кислота любой концентрации пассивирует
металлы: Fe, Cr, Al, Be, Bi, Ni на холоде.

Окислительная способность азотной кислоты усиливается
добавлением к ней фтороводородной
или хлороводородной кислот.
Эти смеси растворяют самые малоактивные металлы.
21HF + 5HN+5O3 + Ta → 3H2-2 + 5NO + 10H2O

«Царская водка» - смесь
концентрированных кислот HNO3
и HCl в соотношении 1:3.
Представляет из себя жидкость
желтого цвета с запахом хлора и
оксидов азота.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СО СМЕСЯМИ КИСЛОТ

«Царская водка» растворяет золото и платину. Действие ее
объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную
с
выделением свободного хлора и образованием хлористого
нитрозила N+3OCl:
HN+5O3 + 3HCl = Cl2 + N+3OCl + 2H2O
Хлористый нитрозил является промежуточным продуктом реакции и
разлагается:
2N+3OCl = 2NO + Cl2
Хлор в момент выделения состоит из атомов, что и обусловливает

Высокую окислительную способность царской водки.
Au+ HN+5O3 + 3HCl →AuCl3 + NO + 2H2O
3Pt+ 4HN+5O3 + 12HCl →3PtCl3 + 4NO + 8H2O
С избытком HCl хлорид золота (III) и хлорид платины (IV)
образуют комплексные соединения H и H2
Au+ HN+5O3 + 4HCl → H + NO + 2H2O

Взаимодействие металлов с водными растворами щелочей

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ ЩЕЛОЧЕЙ

С растворами щелочей взаимодействуют металлы
склонные к образованию анионных комплексов, т.е. те
металлы, у которых оксиды и гидроксиды имеют
амфотерный характер:
Это амфотерные металлы – Zn, Al, Be, Ga, Sn, Pb.
Механизм протекания реакции (окисление идет
за счет молекул воды):
Zn +2 H2O = Zn(OH)2↓ + H2
Zn(OH)2↓ +2 NaOH = Na2-2.

УСТОЙЧИВОСТЬ АНИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

Чем устойчивее комплексные анионы типа [Э(ОН)n]x-,
тем легче идет реакция. Замечено, что такие анионы
наиболее
устойчивы
у
таких
металлов
как
цинк,
алюминий, бериллий, поэтому они легко растворяются
в водных растворах щелочей. Для железа, кобальта,
титана,
марганца
комплексы
медленно.
не
и
ряда
устойчивы
других
и
металлов
взаимодействие
такие
идет

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВЫСОКИМИ СТЕПЕНЯМИ ОКИСЛЕНИЯ С ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ ЩЕЛОЧЕЙ

Взаимодействуют со щелочами и некоторые d-элементы,
которые в присутствии окислителей образуют соединения с
высокими степенями окисления. Ванадий, вольфрам, хром,
например,
в
расплавленных
щелочах
окисляются
кислородом в ванадаты – Me3VO4, в вольфраматы – Me2WO4
и в хроматы – Me2СrO4, соответственно:
2W + 4NaOH + 3O2 = 2Na2WO4 + 2 H2O

РАСТВОРЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ЩЕЛОЧИ

Алюминий с водой не взаимодействует, хотя является активным
металлом. Причиной инертности алюминия является образование
на его поверхности под действием кислорода воздуха в обычных
условиях оксидной пленки Al2O3, обладающей очень сильным
защитным действием. Добавленная щелочь растворяет оксидную
пленку с образованием гидроксоалюмината и создает возможность
непосредственного взаимодействия алюминия с водой.
Реакция идет по схеме:
1.Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na
2. 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
3. Al(OH)3 + NaOH → Na

Коррозия металлов

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ.

Коррозия – это
самопроизвольно
протекающий
процесс разрушения
металла в
результате
взаимодействия с
окружающей средой.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ ПОТЕРИ.

Материальные потери при
коррозии:
Разрушение трубопроводов,
металлических частей машин,
корпусов судов, морских
сооружений (более 10 %
ежегодной выплавки металлов
теряется из-за коррозии).
Стоимость потерянного
продукта через
прокорродированную систему
труб.
Простои предприятий на
период замены
металлических конструкций
подвергшихся коррозии.

МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА КОРРОЗИИ.

Процесс идет с выделением энергии и рассеивания вещества
(энтропия системы возрастает ∆S > 0).
Получение металлов в чистом виде всегда сопровождается
затратой энергии.
Эта энергия накапливается в них как свободная энергия
Гиббса, и делает их химически активными веществами.
Металлургический процесс:
_
Коррозионный процесс:
_
Меn+ + ne → Me0
Me0 - ne → Меn+
∆G0х.р. >0
∆G0х.р. < 0
(идет с затратой энергии)
(самопроизвольный процесс)

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОРРОЗИИ.

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Химическая коррозия металлов

СУЩНОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ.

Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих
электрический ток.
Сущность процесса химической коррозии сводится к
окислительно-восстановительным
реакциям,
причем
наблюдается непосредственный переход электронов металла
на окислитель.
Она представляет собой самопроизвольное разрушение
металлов в среде окислительного газа (O2, SO2, H2S,
галогены) или в жидких неэлектролитах (органические
жидкости – сернистая нефть).

ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

В общем виде для газовой коррозии:
1.2Ме0 (т) + О2 (г) ⇄ 2 Ме+2О (т)
Образование оксида на поверхности металла в
результате взаимодействия с кислородом воздуха.
2. МеО (т) → [МеО] (р)
Растворение оксидной пленки в самом металле,
равновесие будет сдвинуто вправо, т.к. оксиды большинства
металлов способны растворяться в металле и уходить из
системы равновесия.
Механизм такой коррозии сводится к диффузии ионов
металла сквозь пленку продуктов коррозии с одной стороны,
и с другой стороны встречной диффузии атомов кислорода
вглубь пленки.

ПРИМЕР ХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ.

СКОРОСТЬ ОКИСЛЕНИЯ

Определяется свойствами оксидной пленки на
поверхности металла:
сплошность пленки;
диффузионная способность пленки;
строение оксидной пленки.
Сплошность пленки () оценивается отношением объема
образовавшегося оксида к объему металла,
израсходованного на образование этого оксида (фактор
Пиллинга-Бэдвордса)
Значения для
металлов приведены в справочниках.

СПЛОШНОСТЬ ПЛЕНКИ

Если
< 1, то образующаяся пленка не сплошная. Толщина
оксидной пленки растет пропорционально времени окисления.
С повышением температуры процесс коррозии резко
ускоряется из-за плохого отвода тепла, идет разогрев металла
и скорость реакции возрастает.
Если
= 1,2 – 1,6, то образующаяся оксидная пленка
сплошная. Такая пленка тормозит диффузию окислителя. И по
мере утолщения пленки ее дальнейший рост все время будет
замедляться. Сплошные пленки образуются на поверхности
таких металлов как Со, Ni, Mn, Ti.
При
> 1,6 оксидные пленки
также не сплошные и легко
отделяются
от
поверхности
металла (железная окалина)

ВОРОНЕНИЕ СТАЛИ

Воронеа́ние
стали (оксидирование, чернение,
синение) -
процесс
получения
на
поверхности
углеродистой
или
низколегированной стали или чугуна слоя
окислов
железа толщиной 1-10 мкм. От толщины этого слоя зависит его
цвет - так называемые цвета побежалости, сменяющие друг
друга по мере роста плёнки (жёлтый, бурый, вишнёвый,
фиолетовый, синий, серый).
Структура покрытия мелкокристаллическая,
микропористая. Для придания блеска, а также
улучшения защитных свойств окисной плёнки
её также пропитывают маслом (минеральным
или растительным).
Сейчас воронение применяется
преимущественно в качестве декоративной
отделки, а раньше - в основном - для
уменьшения коррозии металла.

ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ ОКСИДНОЙ ПЛЕНКИ НА СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ

Для металлов с переменной степенью окисления строение
пленки по толщине будет различное, так, например, при
воронении стали образуются следующие оксидные слои:
Fe|диффузный слой|FeO|диффузный слой|Fe3O4
Такое строение оксидной пленки
обеспечивает прочную связь
оксидного слоя с поверхностью
металла.
Экспериментально доказано, что
оксидные пленки со структурой
шпинели RO.R2O3 (FeO.Cr2O3 или
NiO.Cr2O3) служат надежной
защитой от коррозии.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СКОРОСТИ КОРРОЗИИ

Количественно скорость любого вида коррозии измеряется в
единицах массы потерянного металла (∆m) с единицы
площади (S) в единицу времени (t):
Скорость коррозии может измеряться и толщиной слоя
потерянного металла за единицу времени.
Для определения скорости коррозии используют весовые,
объемные и физические методы.

АГРЕССИВНЫЕ СРЕДЫ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Кроме кислорода сильным агрессивным свойством обладают
и другие газы. Наиболее активными являются фтор (F),
диоксид серы (SO2), хлор (Cl2), сероводород (Н2S). Их
агрессивность по отношению к металлам, а следовательно и
скорость коррозий, не одинакова.
Например, алюминий и его сплавы,
хром и стали с высоким содержанием
хрома, неустойчивы в атмосфере,
содержащей
хлор,
хотя
по
отношению
к
кислороду
они
устойчивы.
Никель не устойчив в атмосфере
диоксида серы (SO2), а медь вполне
устойчива.

Электрохимическая коррозия металлов

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Электрохимическая коррозия характерна для сред, имеющих
ионную проводимость, т.е. для электролитов
В этом случае реакция взаимодействия металла с
окислителем протекает в несколько стадий:
1. Анодное
окисление
металла.
Металл в виде ионов переходит в
раствор,
а
эквивалентное
количество электронов остается в
_
металле: Me0 - ne → Меn+
2. Катодный процесс – ассимиляция
(удерживание)
избыточных
электронов в металле.
3. Движение ионов в растворе.

УСЛОВИЯ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ

Положение металла в ряду активности металлов: чем
дальше расположены друг от друга, тем быстрее
происходит коррозия.
Чистота металла: примеси ускоряют коррозию.
Неровности поверхности металла, трещины.
Грунтовые воды, морская вода, раствор электролита
(ионы: Н+, Сl-, Br-, I-, для амфотерных металлов ОН-).
Повышение температуры.
Действие
микроорганизмов
(грибов,
бактерий,
лишайников): воздействуют на металлы с высокой
коррозионной устойчивостью.

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ. АНОДНЫЙ ПРОЦЕСС.

Механизм
электрохимической
коррозии
определяется
разностью потенциалов катодных и анодных участков и
сводится к работе газового гальванического элемента.
Основным отличием процессов электрохимической коррозии
от процессов гальваническом элементе является отсутствие
внешней цепи. Электроны в этом случае не выходят из
корродирующего металла, а движутся внутри металла.
Так как, любой металл всегда содержит примеси других
металлов, то на его поверхности в среде электролита
образуется много короткозамкнутых микрогальванических
элементов.
Анодом в них будет основной металл, который окисляется по
_
реакции: Me0 - ne → Меn+

КАТОДНЫЙ ПРОЦЕСС ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ.

Катодный процесс, чаще всего, идет с кислородной или
водородной деполяризацией.
Деполяризатор – это вещество удерживающее электроны.
Кислородная деполяризация происходит с участием
растворенного кислорода, который является
деполяризатором:
при
: О2 + 2Н2О + 4е- → 4ОНпри
: О2 + 2Н+ + 4е- → 2Н2О
Водородная деполяризация происходит с участием катионов
водорода среды (деполяризатор – водород):
при
: 2Н+ + 2е- → Н20

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Анод (-) Fe / О2, Н2О, NaCl / Sn (+) Катод
A: Fe
0
_
- 2e → Fe
2+
_

СХЕМА КОРРОЗИОННОЙ МИКРОГАЛЬВАНОПАРЫ ПРИ КОНТАКТЕ Zn - Cu

Анод (-) Zn / среда / Сu (+) Катод
Анод (-) Zn / О2, Н2О, NaCl / Сu (+) Катод
Zn
0
_
- 2e → Zn
2+
_
О2 + 2Н2О + 4е → 4ОНкислородная деполяризация
Анод (-) Zn / Н2SO4 / Сu (+) Катод
_
2Н+ + 2е → Н20
водородная деполяризация

СХЕМА МИКРОГАЛЬВАНОПАРЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ ПРИ КОНТАКТЕ ЖЕЛЕЗА ЦИНКА

Анод (-) Zn / О2, Н2О, NaCl / Fe (+) Катод

АЭРАЦИОННАЯ КОРРОЗИЯ

Процессы окисления и восстановления идут на разных
участках поверхности металла и сопровождаются появлением
электрического тока.
При неодинаковом доступе кислорода
к
поверхности
металла
на
ней
возникают
гальваническая
пара
особого
рода:
участок
более
адсорбирующий кислород является
катодом, а менее адсорбирующий
анодом.
Вследствие
сферической
сплющенности капли воды кольцевая
зона под ее краями окажется катодом,
а под центральной частью - анодом.
Анод (-) Fe (центр) / О2, Н2О, NaCl / Fe (край) (+) Катод
А: Fe2+ + K3 = 3K+ + Fe2+
гексацианоферрат (III) калия
«турнбулевая синь»

ПАССИВАЦИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ КОРРОЗИЯ

Иногда скорость коррозии может лимитироваться анодным
процессом. Это характерно для металлов, способных
пассивироваться (Cr, Al, Ti, Ni, Zr, Ta и др.)
Пассивность металла называется
состояние его повышенной
коррозионной устойчивости,
вызванное торможением
анодного процесса.
Пассивирование связано с образованием на поверхности
металла адсорбированных или фазовых слоев (иногда тех и
других), которые тормозят процесс растворения металла.
Сильные окислители обычно способствуют пассивированию
металла.

∆G = -nFE < 0
Е= Ϥ0Ох - Ϥ0Red > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Red
Ϥ0Ох > Ϥ0Me+n/Me0

УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ КОРРОЗИИ С КИСЛОРОДНОЙ И ВОДОРОДНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

Если E0Me+n/Me0 < E0Н+/Н2 меньше потенциала водородного
электрода (область 1), возможна коррозия и с поглощением
кислорода, и с выделением водорода (щелочные и щелочноземельные металлы, цинк, алюминий)
Если E0Me+n/Me0 меньше потенциала кислородного электрода,
но больше потенциала водородного электрода (область 2),
тогда коррозия возможна только с участием кислорода.
_
E0Н+/Н2 < E0Me+n/Me0 < E0О2/ОН-
А (-): Ме0 - ne → Me+n
_
К (+): О2 + 2Н2О + 4е → 4ОН-

УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ КОРРОЗИИ С КИСЛОРОДНОЙ И ВОДОРОДНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

Если E0Me+n/Me0 > E0О2/ОН- потенциала кислородного электрода
(область 3), то коррозия металла невозможна.
Пример: золото – в отсутствии комплексообразователя не
корродирует с поглощением кислорода или выделением
водорода.
Потенциалы многих металлов лежат во второй области.

Методы защиты металлов от коррозии

МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Все методы защиты условно делятся на следующие группы:
1.Легирование металлов;
2.Защитные покрытия (металлические и неметаллические);
3.Электрохимическая защита;
4.Изменение свойств коррозионной среды.
Выбор того или иного способа защиты от коррозии
определяется:
с одной стороны его эффективностью,
с другой стороны его экономической целесообразностью.

ЛЕГИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Это метод защиты, связанный с
изменением свойств корродирующего
металла. Эффективный, хотя обычно
дорогой метод защиты. При
легировании в состав сплава обычно
вводят компоненты, вызывающие
пассивирование металла (введение
хрома, никеля, вольфрама и т.д.)
Для жаростойких сплавов легирующими
добавками являются хром, алюминий,
никель, кремний – они улучшают свойства
защитных пленок, образующихся при
окислении металлов.

ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

Защитные покрытия - это слои, искусственно создаваемые
на поверхности металла для предохранения от коррозии.
Металлические покрытия
Материалами для покрытия могут
быть как чистые металлы (Zn, Cd,
Al, Ni, Cu, Cr, Ag), так и их сплавы
(бронза, латунь).
По характеру поведения эти
покрытия делятся
на катодные и анодные

КАТОДНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

К катодным покрытиям относятся покрытия, электродные
потенциалы которых в данной среде имеют более
положительное значение, чем потенциал основного металла.
Для стали (Fe) катодным покрытием будет медное,
никелевое, серебренное.
Анод (-) Fe / О2, Н2О, NaCl / Сu (+) Катод
_
A: Fe 0 - 2e → Fe 2+
_
К: О2 + 2Н2О + 4е → 4ОН-
При повреждении катодного
покрытия возникает
кислородная деполяризация
гальванический элемент в
_
+
0
2Н + 2е → Н2
котором идет окисление
водородная деполяризация
основного материала.
Следовательно, катодное покрытие может защищать изделия
только при отсутствии пор и трещин, т.е. когда не нарушена
целостность покрытия.

АНОДНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал,
чем потенциал основного металла.
Например: покрытие
стали (Fe) цинком – основной металл в этом случае будет
катодом и корродировать не будет.
Анод (-) Zn / О2, Н2О, NaCl / Fe (+) Катод
_
A: Zn 0 - 2e → Zn 2+
_
К: О2 + 2Н2О + 4е → 4ОНкислородная деполяризация
_
2Н+ + 2е → Н20
водородная деполяризация
При
повреждении
анодного
покрытия
возникает
гальванический элемент в котором идет окисление
покрытия, а основной материал остается без изменения до
полного растворения покрытия.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Электрохимический (гальванические покрытия).
Металлизация (Погружение в расплавленный металл).
Термодиффузионный
способ
(для
получения
жаростойких покрытий: Al – алитирование, Si –
силицирование, Cr – хромирование, Ti - титанирование).
При повышенной температуре изделие погружают в
порошок
металла,
который
является
покрытием.
Происходит диффузия наносимого металла в основной
металл.
Химический.
Изделие
помещают
в
раствор,
содержащий ионы металла-покрытия и восстановитель. В
результате
окислительно-восстановительной
реакции
идет восстановление ионов металла до свободного
металла. Таким образом на металлы и неметаллы наносят
покрытия из серебра, меди, никеля и палладия.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

Защитные свойства неметаллических покрытий сводится к
изоляции металла от окружающей среды.
В качестве таких покрытий могут
быть:
неорганические эмали,
лакокрасочные покрытия,
покрытия смолами,
пластмассами,
полимернами пленками,
резиной.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА. ПРОТЕКТОРЫ

Метод основан на торможении анодных или катодных
коррозионных процессов.
Катодная защита – изделие подключается к (-) внешнего
источника тока, оно становится катодом, а анодом обычно
служит вспомогательный электрод (чаще всего стальной).
Если вспомогательный анод изготовлен из металла,
имеющего
более
отрицательный
потенциал,
чем
защищаемый металл, тогда ток не подключают. В
полученном гальваническом элементе растворяется анод, а
изделие не подвергается коррозии.
Такие электроды называются протекторами (магний и его
сплавы, цинк, алюминий).
Анодная защита – состоит в создании анодной поляризации
за счет приложенного извне тока (защита нержавеющий
стали в серной кислоте).

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ

С
целью
снижения
коррозионной
активности
среды
проводят ее обработку.
Например:
удаление
кислорода
(кипячение
раствора;
барботаж инертным газом; восстановление его при помощи
соответствующих восстановителей – сульфиты, гидразин);
снижение концентрации ионов Н+
- подщелачиванием
раствора
В последние годы для защиты от коррозии широко
применяют ингибиторы.

ИНГИБИТОРЫ

Ингибитором – называется вещество, снижающее скорость
коррозии.
Ингибиторы используются в системах, работающих с
постоянным или малоизменяющимся объемом.
Наиболее четко ингибирующее действие выражено у
следующих типов соединений: амины, азотосодержащие
гетероциклические соединения, сульфиды, альдегиды,
меркаптаны.
По условиям применения ингибиторы делятся на:
ингибиторы для водных растворов (кислотные, щелочные
и для нейтральной сред);
«летучие ингибиторы» - для защиты от атмосферной
коррозии (соединения аминов с азотистой, угольной или
хромовой кислотами.)

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ИНГИБИТОРОВ

Механизм действия ингибиторов заключается в адсорбции
их на корродирующей поверхности и последующем
торможении катодных и анодных процессов.
Анодные ингибиторы– окислители (NO2-, NO3-, CrO42-, PO43-).
Металл при этом переходит в устойчивое пассивное
состояние.
Катодные ингибиторы – снижают скорость катодного
процесса или сокращают площадь катодных участков.
Относятся органические вещества, содержащие серу, азот и
кислород (диэтиламин, уротропин, гидразин).

Элементы с металлическими свойствами расположены вIA – VIA группах Периодической системы (табл. 7).

Металлами являются также все элементы, расположенные вIБ – VIIIБ ‑группах (переходные металлы).

В настоящее время в Периодической системе 92 металла.

Типичными металлами являются s‑элементы (элементы IA‑группы от Li до Fr, элементы IIA‑группы от Mg до Ra). Общая электронная формула их атомов ns 1–2 . Для них характерны степени окисления +I и +II соответственно.

Небольшое число электронов (1–2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.

Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов. Соединения типичных металлов с неметаллами – это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К + Br ‑ , Са 2+ O 2‑ . Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами – гидроксидов и солей, например Mg 2+ (OH ‑) 2 , (Li +) 2 CO 3 2‑ .

Металлы А‑групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Be‑Al‑Ge‑Sb‑Po, а также примыкающие к ним металлы (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не проявляют типично металлических свойств. Общая электронная формула их атомов ns 2 np 0–4 предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры – соединения Тl III , Pb IV , Bi v). Подобное химическое поведение характерно и для большинства d‑элементов, т. е. элементов Б‑групп Периодической системы (типичные примеры – амфотерные элементы Cr и Zn).

Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами). В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично). Например, металл галлий состоит из молекул Ga 2 , в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути(II) AlCl 3 и HgCl 2 содержат сильно ковалентные связи, но в растворе AlCl 3 диссоциирует почти полностью, a HgCl 2 – в очень малой степени (да и то на ионы HgCl + и Cl ‑).


В свободном виде все металлы – твердые вещества, кроме одного – ртути Hg, которая при обычных условиях жидкость. В кристаллах металлов преобладает особый вид связи (металлическая связь); валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом в решетке, и внутри металла существует так называемый электронный газ. Все металлы обладают высокой электропроводимостью (наибольшая y Ag, Cu, Аи, Al, Mg) и теплопроводностью. Встречаются низкоплавкие металлы (цезий Cs с температурой плавления 28,7 °C плавится от тепла руки) и, наоборот, весьма тугоплавкие (вольфрам W плавится лишь при 3387 °C). Отличительным свойством металлов служит их пластичность (ковкость), вследствие чего они могут быть прокатаны в тонкие листы – фольгу (Sn, Al, Au) или вытянуты в проволоку (Cu, Al, Fe), однако встречаются и очень хрупкие металлы (Zn, Sb, Bi).

В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси – сплавы, в которых полезные свойства одного металла дополняются полезными свойствами другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком (латунь ) являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении. Алюминий обладает высокой пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав с магнием, медью и марганцем – дуралюмин (дюраль), который, не теряя полезных свойств алюминия, приобретает высокую твердость и становится пригодным в авиастроении. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) – это широко известные чугун и сталь.

Металлы в свободном виде являются восстановителями . Однако реакционная способность некоторых металлов невелика из‑за того, что они покрыты поверхностной оксидной пленкой, в разной степени устойчивой к действию таких химических реактивов, как вода, растворы кислот и щелочей.

Например, свинец всегда покрыт оксидной пленкой, для его перехода в раствор требуется не только воздействие реактива (например, разбавленной азотной кислоты), но и нагревание. Оксидная пленка на алюминии препятствует его реакции с водой, но под действием кислот и щелочей разрушается. Рыхлая оксидная пленка {ржавчина ), образующаяся на поверхности железа во влажном воздухе, не мешает дальнейшему окислению железа.

Под действием концентрированных кислот на металлах образуется устойчивая оксидная пленка. Это явление называется пассивацией. Так, в концентрированной серной кислоте пассивируются (и после этого не реагируют с кислотой) такие металлы, как Be, Bi, Со, Fe, Mg и Nb, а в концентрированной азотной кислоте – металлы Al, Be, Bi, Со, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th и U.

При взаимодействии с окислителями в кислых растворах большинство металлов переходит в катионы, заряд которых определяется устойчивой степенью окисления данного элемента в соединениях (Na + , Са 2+ , Al 3+ , Fe 2+ и Fe 3+).

Восстановительная активность металлов в кислом растворе передается рядом напряжений. Большинство металлов переводится в раствор соляной и разбавленной серной кислотами, но Cu, Ag и Hg – только серной (концентрированной) и азотной кислотами, a Pt и Аи – «царской водкой».

Нежелательным химическим свойством металлов является их коррозия, т. е. активное разрушение (окисление) при контакте с водой и под воздействием растворенного в ней кислорода (кислородная коррозия). Например, широко известна коррозия железных изделий в воде, в результате чего образуется ржавчина, и изделия рассыпаются в порошок.

Коррозия металлов протекает в воде также из‑за присутствия растворенных газов СO 2 и SO 2 ; создается кислотная среда, и катионы Н + вытесняются активными металлами в виде водорода Н 2 (водородная коррозия).

Особенно коррозионно‑опасным может быть место контакта двух разнородных металлов (контактная коррозия). Между одним металлом, например Fe, и другим металлом, например Sn или Cu, помещенными в воду, возникает гальваническая пара. Поток электронов идет от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений (Fe), к менее активному металлу (Sn, Cu), и более активный металл разрушается (корродирует).

Именно из‑за этого ржавеет луженая поверхность консервных банок (железо, покрытое оловом) при хранении во влажной атмосфере и небрежном обращении с ними (железо быстро разрушается после появления хотя бы небольшой царапины, допускающей контакт железа с влагой). Напротив, оцинкованная поверхность железного ведра долго не ржавеет, поскольку даже при наличии царапин корродирует не железо, а цинк (более активный металл, чем железо).

Сопротивление коррозии для данного металла усиливается при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении; так, покрытие железа хромом или изготовление сплава железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и сталь, содержащая хром (нержавеющая сталь), имеют высокую коррозионную стойкость.

Общие способы получения металлов в промышленности:

электрометаллургия, т. е. получение металлов электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов солей;

пирометаллургия, т. е. восстановление металлов из руд при высокой температуре (например, получение железа в доменном процессе);

гидрометаллургия, т. е. выделение металлов из растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора CuSO 4 действием цинка, железа или алюминия).

В природе иногда встречаются самородные металлы (характерные примеры – Ag, Au, Pt, Hg), но чаще металлы находятся в виде соединений (металлические руды). По распространенности в земной коре металлы различны: от наиболее распространенных – Al, Na, Са, Fe, Mg, К, Ti до самых редких – Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

1 тема «Общие свойства металлов» (2 часа)

Урок 2 .

ТЕМА УРОКА:

Химические свойства металлов. Понятие о коррозии металлов и способах защиты от неё (обзорно) Повторение и обобщение знаний.

НРК. «Способы борьбы с коррозией – защитные покрытия другими металлами и добавки с целью получения нержавеющих сплавов»

Место урока в теме: 2 урок

Тип урока: изучение нового материала с использованием презентаций.

Вид урока: комбинированный.

Цели урока:

· Обеспечить восприятие и осмысление учащимися основных понятий темы «металл как элемент» и «металл как простое вещество».

· Подвести учащихся к осознанию химических свойств металлов и реакций, лежащих в их основе.

· Совершенствовать знания учащихся о металлах, их соединениях, свойствах;

· Создать условия для развития умения осознанно работать с источниками информации и с химическими терминами.

Задачи:

Обучающая:

· Обобщить знания учащихся, полученные ранее, при рассмотрении общих химических свойств металлов.

· Повторить особенности протекания реакций металлов с растворами электролитов.

· Развивать логическое мышление при обобщении знаний и конкретизации общих свойств металлов для отдельных представителей этого класса простых веществ.

· Опираясь на ранее полученные знания учащихся, подвести их к пониманию различий в представлениях о металлах как химических элементах и металлах как простых веществах.

· Продолжить отработку умений и навыков в составлении уравнений, электронных балансов в окислительно-восстановительных реакциях, умений сопоставлять, анализировать и делать выводы.


· создать условия для получения учащимися знаний химических свойств металлов и реакций, лежащих в их основе;

· объяснить явление коррозии металлов, выяснить, что такое коррозия, её виды, механизм (на примере коррозии железа), способы защиты от коррозии.

развивающая:

· способствовать развитию у учащихся логического мышления, умения анализировать и сравнивать, работать с дополнительной информацией при выполнении сообщений.

воспитывающая:

· формировать интерес к предмету через мультимедийные возможности компьютера.

· содействовать формированию представлений о причинно-следственных связях и отношениях,

· вырабатывать стремление к коллективизму ;

· формировать мировоззренческое понятие о познаваемости природы.

Планируемые результаты обучения:

Знать:

· Химические свойства металлов.

· Определение коррозии металлов, её виды и способы защиты от неё.

· Условия, способствующие и препятствующие коррозии.

Уметь:

· доказывать химические свойства металлов: записывать уравнения химических реакций в молекулярном и окислительно-восстановительном виде.

· Объяснять сущность химической и электрохимической коррозии.

Средства обучения:

· Компьютер,

· мультимедийное сопровождение,

· Периодическая система химических элементов.

Презентации на тему «Химические свойства металлов»

«Коррозия металлов»

Ход урока: I . Вводная часть. Организационный момент.

1. Приветствие учащихся.

2. Определение отсутствующих на уроке.

3. Проверка готовности к началу урока.

4. Организация внимания, постановка цели урока.

II . Актуализация и проверка знаний.

1 ФРОНТАЛЬНАЯ БЕСЕДА.

Вопросы и задания для работы учащихся:

· Где расположены металлы в ПС химических элементов?

· Что общего имеется в строении атомов всех металлов?

· Каковы окислительно-восстановительные свойства металлов?

· Что такое металлическая связь?

· Что такое металлические кристаллические решетки?

· В каком виде встречаются в природе? Почему большинство металлов встречаются в виде соединений?

· В чем особенность физических свойств? По возможности это объяснить.

· Электропроводность, теплопроводность (объясняется наличием в металлических решетках свободных электронов, способных легко перемещаться);

· Ковкость, пластичность металлов (способность так называемого «электронного газа», то есть свободных электронов связывать любые конфигурации атомов металлов)

· Хрупкость металлов (на примере хрома и марганца)

При этом идет окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой металл окисляется, а присутствующий в среде окислитель восстанавливается, электроны переходят от металла к окислителю непосредственно без возникновения в цепи электрического тока.

Демонстрация: Например, прокалим медную проволоку на воздухе. Что наблюдаете? (предполагаемый ответ: наблюдаем изменение окраски – появление черного налета, значит, прошла химическая реакция).

При взаимодействии меди с кислородом идет реакция:

2С u + О2=2 С u О (запись в тетради и на доске, у доски работает вызванный ученик)

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидную пленку. Если эта пленка плотная, хорошо связана с поверхностью, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Например, при коррозии алюминия в кислороде идет реакция:

4Al + 3O2 = 2Al2О3. (запись в тетради и на доске)

Оксидная пленка плотно прилегает к поверхности металла, и нет дальнейшего допуска кислорода к металлу. Можно сказать, что для алюминия такое покрытие благоприятно, так как дальнейшего разрушения не происходит. Плотная оксидная пленка у цинка, никеля, хрома, олова, свинца и др.

В случае химической коррозии железа идет реакция:

3 Fe + 2О2= Fe 3 О4 ( FeO Fe 2 О3)

Оксидная пленка железа очень рыхлая (вспомните какой-либо ржавый предмет – как только вы берете его в руки, остаются следы ржавчины) и не прилегает плотно к поверхности металла, поэтому кислород проникает все дальше и дальше, коррозия идет до полного разрушения предмета.

Электрохимическая коррозия. (запись в тетради) (Слайд 7)

Этот вид коррозии распространен гораздо шире, ей подвергаются паровые котлы, подводные части судов, металлические сооружения и конструкции под водой и в атмосфере, проложенные в грунте трубопроводы, оболочки кабелей и т. д.

При электрохимической коррозии возникает электрическая цепь. Подвергаться коррозии может как один металл, так и металлы в контакте друг с другом. Рассмотрим, что происходит, если цинк положить в разбавленный раствор соляной кислоты (демонстрация опыта) Вопрос к классу:

«Что наблюдаете?» (Ответ: цинк реагирует с кислотой, при этом выделяется газ)

В кислой среде цинк отдает 2 электрона. При этом окисляется и переходит в раствор в виде ионов:

Zn – 2 e - = Zn 2+ (запись на доске и в тетради)

Катионы водорода восстанавливаются, образуется газ – водород:

2 Н+ + 2 е - = Н2 (запись на доске и в тетради)

Уравнение реакции в ионном виде:

Zn + 2 Н+ = Н2 + Zn 2+ (запись на доске и в тетради)

Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии. Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует по сравнению с обычным железом. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже почти полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Как удалось древним металлургам получить такой чистый металл, до сих пор остается загадкой.

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ.

· Протекторная защита

· Защита менее активным металлом

· Пассивация

· Электрозащита

· Создание сплавов, стойких к коррозии

· Добавление ингибиторов

· Различные покрытия.

СООБЩЕНИЕ УЧАЩИХСЯ. НРК.

1. «Способы борьбы с коррозией – защитные покрытия другими металлами и добавки с целью получения нержавеющих сплавов»

2. «Современные достижения в области создания новых сплавов, их применении в различных отраслях промышленности и хозяйства»

МАТЕРИАЛ ДЛЯ СООБЩЕНИЙ.

Сообщение 1. Протекторная защита. Металл, который необходимо защитить от коррозии покрывают более активным металлом. Тот металл, который заведомо будет разрушаться в паре, называется протектором. Примеры такой защиты – оцинкованное железо (железо – катод, цинк – анод), контакт магния и железа (магний – протектор).

Железо часто покрывают другим металлом, например цинком или хромом, чтобы защитить от коррозии. (Слайд 10, а также таблица «Методы защиты от коррозии).

Оцинкованное железо получают, покрывая его тонким слоем цинка. Цинк защищает железо от коррозии даже после нарушения целостности покрытия. В этом случае железо в процессе коррозии играет роль катода, потому что цинк окисляется легче железа:

Zn -2е- = Zn 2+ (запись на доске и в тетради)

На защищаемом железе идут процессы:

2 H + + 2 e - = H 2 (в кислой среде)

или

O 2 + 2 H 2 О + 4 e - = 4 OH - (в нейтральной среде)

Zn 2+ + 2 ОН- = Zn (ОН)2 (запись на доске и в тетради)

Магниевый анод окружают смесью гипса, сульфата натрия и глины, чтобы обеспечить проводимость ионов. Труба играет роль катода в гальваническом элементе (рис. 5. Защита железных водопроводных труб).

Сообщение 2. Защита металла менее активным металлом . Так называемую «белую жесть» получают, покрывая тонким слоем олова листовое железо. Олово защищает железо до тех пор, пока защитный слой остается неповрежденным. Стоит его повредить, как на железо начинают воздействовать воздух и влага, олово даже ускоряет процесс коррозии, потому что служит катодом в электрохимическом процессе.

Поэтому железо служит в этом случае анодом и окисляется.

Электрозащита. Конструкция, находящаяся в среде электролита, соединяется с другим металлом (обычно куском железа, рельсом и т. п.), но через внешний источник тока. При этом защищаемую конструкцию подключают к катоду, а металл – к аноду источника тока. В этом случае электроны отнимаются от анода источником тока, анод (защищающий металл) разрушается, а на катоде происходит восстановление окислителя. Электрозащита имеет преимущество перед протекторной защитой: радиус действия первой около 2000 м, второй 50

Сообщение 3. Создание сплавов, устойчивых к коррозии . Если металл, например хром, создает плотную оксидную пленку, его добавляют в железо, и образуется сплав – нержавеющая сталь. Такие стали называются легированными. Большим достижением металлургов в защите от коррозии стало создание коррозионно-стойкой стали. В результате снижения содержания углерода в нержавеющей стали до 0,1 % стало возможным изготовлять из нее листовой прокат. Типичная «нержавейка» содержит 18% хрома и 8% никеля. Первые тонны нержавеющей стали в нашей стране выплавили еще в 1924 г. в Златоусте. Сейчас создан широкий ассортимент сталей, устойчивых к коррозии. Это и сплавы на железохромоникелевой основе, и особо коррозионностойкие никелевые, легированные молибденом и вольфрамом. Эти сплавы производят и на нашем комбинате.

Многие сплавы, которые содержат незначительное количество добавок дорогих и редких металлов, приобретают замечательную устойчивость к коррозии и прекрасные механические свойства. Например, добавки родия или иридия к платине так сильно повышают ее твердость, что изделия из нее – лабораторная посуда, детали машин для получения стекловолокна – становятся практически вечными.

Сообщение 4 Пассивация металла . Пассивация – это образование на поверхности металла плотно прилегающего оксидного слоя, защищающего от коррозии. Поверхность металла обрабатывают так, чтобы образовалась тонкая и плотная пленка оксида, которая препятствует разрушению основного вещества. Например, концентрированную серную кислоту можно перевозить в стальных цистернах, т. к. она образует на поверхности металла тонкую, но очень прочную пленку. Пассивация вызывается и другими сильными окислителями. Например, хранение лезвий безопасных бритв в растворе хромата калия позволяет дольше сохранить их острыми. В ином случае, пол действием влажного воздуха, железо окисляется и его поверхность ржавеет.

V . Закрепление нового материала. Подведение итогов. Рефлексия.

Упражнение 10. стр. 112 учебника устно.

Выставление оценок.

ВЫВОД.

VI . Домашнее задание.

§ 37, записи в тетради. Повторить § 36. Обобщить материал по теме «Общие свойства металлов»

Подготовка к следующему уроку.

1 группа: «Щелочные металлы»

2 группа: «Щелочно-земельные металлы»

3 группа: «Металлы III A группы»