A vállalkozásom a franchise. Értékelések. Sikertörténetek. Ötletek. Munka és oktatás
Az oldalról Kapcsolatok
Menü
Kapcsolatok
Keresés az oldalon

Otthon Sikertörténetek Fémek kémiai tulajdonságai, fémek korróziója. Fémkorrózió

Fémek kémiai tulajdonságai, fémek korróziója. Fémkorrózió

Elemek fém ingatlanok találhatók IA–VIA a periódusos rendszer csoportjai (7. táblázat).

A fémek is minden olyan elem, amelyekben találhatók IB – VIIIB- csoportok ( átmeneti fémek).

Jelenleg 92 fém található a periódusos rendszerben.

Tipikus a fémek s-elemek (az IA csoport elemei Li-től Fr-ig, az IIA csoport elemei Mg-től Ra-ig). Atomjaik általános elektronképlete ns 1–2. Jellemzőjük +I, illetve +II oxidációs állapot.

Az elektronok kis száma (1–2) a tipikus fématomok külső energiaszintjén arra utal, hogy ezek az elektronok könnyen elvesznek, és erős redukáló tulajdonságok nyilvánulnak meg, amelyek visszatükröződnek. alacsony értékek elektronegativitás. Ez azt jelenti, hogy a tipikus fémek kémiai tulajdonságai és előállítási módjai korlátozottak.

Jellemző tulajdonság A tipikus fémek az atomjaik azon hajlama, hogy kationokat és ionos kémiai kötéseket képezzenek nemfém atomokkal. A tipikus fémek nemfémekkel alkotott vegyületei a „fémkation és nemfémes anion” ionos kristályai, például K + Br -, Ca 2+ O 2 -. A tipikus fémek kationjait a komplex anionokkal - hidroxidok és sók - tartalmazó vegyületek is tartalmazzák, például Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2 CO 3 2 -.

A Be-Al-Ge-Sb-Po periódusos rendszer amfoter átlóját alkotó A-csoport fémei, valamint a velük szomszédos fémek (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) nem mutatnak tipikus fémességet. tulajdonságait. Atomjaik általános elektronikus képlete ns 2 np 0–4 az oxidációs állapotok szélesebb választékát, a saját elektronok nagyobb megtartásának képességét, redukálóképességük fokozatos csökkenését és az oxidációs képesség megjelenését jelenti, különösen magas fokok oxidáció (tipikus példák a Tl III, Pb IV, Bi v vegyületek). Hasonló kémiai viselkedés jellemző a legtöbb d-elemre, azaz a periódusos rendszer B-csoportjainak elemeire ( tipikus példák– amfoter elemek Cr és Zn).

A kettős (amfoter) tulajdonságoknak ez a megnyilvánulása – mind a fémes (bázisos), mind a nemfémes – a kémiai kötés természetéből adódik. Szilárd állapotban az atipikus fémek nemfémekkel alkotott vegyületei túlnyomórészt kovalens kötéseket tartalmaznak (de kevésbé erősek, mint a nemfémek közötti kötések). Oldatban ezek a kötések könnyen felszakadnak, és a vegyületek (teljesen vagy részben) ionokká disszociálnak. Például a fém gallium szilárd állapotban Ga 2 molekulákból áll, az alumínium és a higany(II) AlCl 3 és HgCl 2 kloridjai erősen kovalens kötéseket tartalmaznak, de oldatban az AlCl 3 szinte teljesen disszociál, a HgCl 2 pedig nagyon kis mértékben (és akkor is HgCl + és Cl - ionokká).


Szabad formájukban minden fém szilárd halmazállapotú, egy kivételével - a higany Hg, amely normál körülmények között folyékony. A fémkristályokban ez dominál különleges fajta kommunikáció ( fém kapcsolat); a vegyértékelektronok gyengén kötődnek egy adott atomhoz a rácsban, a fém belsejében pedig ún. elektronikus gáz. Minden fém nagy elektromos vezetőképességgel (a legmagasabb y Ag, Cu, Au, Al, Mg) és hővezető képességgel rendelkezik. Vannak alacsony olvadáspontú fémek (a 28,7 °C olvadáspontú cézium-Cs a kéz hőjétől megolvad), és éppen ellenkezőleg, nagyon tűzállóak (a W volfrám csak 3387 °C-on olvad meg). A fémek megkülönböztető tulajdonsága a plaszticitásuk (idomíthatóság), aminek eredményeként vékony lemezekké tekerhetők - fólia (Sn, Al, Au) vagy huzalba húzhatók (Cu, Al, Fe), azonban nagyon törékeny fémek (Zn, Sb) is megtalálhatók , Bi).

Az iparban gyakran nem tiszta fémeket használnak, hanem ezek keverékeit - ötvözetek, amelyben az egyik fém előnyös tulajdonságait egy másik fém előnyös tulajdonságai egészítik ki. Így a réz alacsony keménységű, és nem alkalmas gépalkatrészek gyártására, míg a réz és cink ötvözetei ( sárgaréz) már elég kemények, és széles körben használják a gépészetben. Az alumínium nagy rugalmassággal és elegendő könnyűséggel (alacsony sűrűségű) rendelkezik, de túl puha. Ennek alapján egy magnézium-, réz- és mangánötvözet készül - duralumínium (duralumínium), amely veszteség nélkül előnyös tulajdonságait alumínium, nagy keménységűvé válik, és alkalmassá válik repülőgép-építésre. A vas ötvözetei szénnel (és más fémek adalékaival) széles körben ismertek öntöttvasÉs acél.

A szabad fémek restaurátorok. Egyes fémek reakcióképessége azonban alacsony, mivel bevonattal vannak ellátva felületi oxid film, különböző mértékben ellenáll a kémiai reagenseknek, például víznek, savak és lúgok oldatainak.

Például az ólmot mindig oxidfóliával fedik le, hogy oldatba kerüljön, nem csak egy reagens hatásának (például híg salétromsavnak) van kitéve, hanem melegítést is. Az alumíniumon lévő oxidfilm megakadályozza a vízzel való reakciót, de savak és lúgok elpusztítják. Laza oxidfilm (rozsda), nedves levegőben a vas felületén képződik, nem zavarja a vas további oxidációját.

A befolyás alatt sűrített savak keletkeznek a fémeken fenntartható oxid film. Ezt a jelenséget az ún passziváció. Tehát koncentráltan kénsav az olyan fémek, mint a Be, Bi, Co, Fe, Mg és Nb passziválódnak (majd nem reagálnak savval), és koncentráltan salétromsav– Al, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th és U fémek.

Ha savas oldatokban oxidálószerekkel lép kölcsönhatásba, a legtöbb fém kationokká alakul át, amelyek töltését az adott elem stabil oxidációs állapota határozza meg a vegyületekben (Na +, Ca 2+, Al 3+, Fe 2+ és Fe 3). +).

A fémek redukáló aktivitását savas oldatban feszültségek sorozata adja át. A legtöbb fémet sósavval és híg kénsavval oldják át, de a Cu, Ag és Hg - csak kénsavval (tömény) és salétromsavval, a Pt és Au pedig "regia vodkával".

A fémek nemkívánatos kémiai tulajdonsága a korrózió, azaz a vízzel való érintkezéskor és a benne oldott oxigén hatására aktív pusztulás (oxidáció) (oxigénkorrózió). Például széles körben ismert a vastermékek vízben történő korróziója, melynek következtében rozsda képződik, és a termékek porrá morzsolódnak.

A fémek korróziója vízben is előfordul az oldott CO 2 és SO 2 gázok jelenléte miatt; savas környezet jön létre, és a H + kationokat az aktív fémek kiszorítják hidrogén H 2 formájában (hidrogénkorrózió).

A két különböző fém érintkezési területe különösen korrozív lehet. (érintkezési korrózió). Galvánpár jön létre egy fém, például Fe, és egy másik fém, például Sn vagy Cu, vízbe helyezett fém között. Az elektronok áramlása az aktívabb fémtől, amely a feszültségsorban balra van (Fe), a kevésbé aktív fémhez (Sn, Cu) megy, és az aktívabb fém megsemmisül (korrodálódik).

Ez okozza az ónozott felület rozsdásodását. bádogdobozok(ónnal bevont vas), ha nedves környezetben tárolják és hanyagul kezelik (a vas gyorsan elromlik, már egy kis karcolás után is, így a vasaló nedvességgel érintkezik). Ellenkezőleg, a vasvödör horganyzott felülete nem rozsdásodik sokáig, hiszen ha vannak is karcok, nem a vas korrodál, hanem a cink (a vasnál aktívabb fém).

Egy adott fém korrózióállósága megnő, ha aktívabb fémmel vonják be, vagy ha összeolvasztják; Így a vas krómmal való bevonása vagy vas és króm ötvözete kiküszöböli a vas korrózióját. Krómozott vas és krómtartalmú acél(rozsdamentes acél),

magas korrózióállósággal rendelkeznek. Általános megszerzésének módjai

fémek az iparban: elektrometallurgia,

azaz fémek előállítása olvadékok (a legaktívabb fémek esetében) vagy sóoldatok elektrolízisével; pirometalurgia,

azaz fémek kinyerése ércekből magas hőmérsékleten (például vas előállítása a nagyolvasztó eljárásban); hidrometallurgia,

azaz a fémek elválasztása sóik oldatától aktívabb fémekkel (például réz előállítása CuSO 4 oldatból cink, vas vagy alumínium hatására). Néha megtalálható a természetbenőshonos fémek (tipikus példák az Ag, Au, Pt, Hg), de a fémek gyakrabban vannak vegyületek formájában ( fémércek).

A fémek mennyisége a földkéregben változó: a leggyakoribb - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti -től a legritkábbakig - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

MEGHATÁROZÁS A környezettel érintkezve sok fém, valamint fémalapú ötvözetek kémiai kölcsönhatások következtében megsemmisülhetnek (ORR az anyagokkal környezet ). Ezt a folyamatot ún.

korrózió A gázokban korrózió van (gázkorrózió), amely akkor következik be, amikor magas hőmérsékletek

fémfelületeken lévő nedvességnek való kitettség és elektrokémiai korrózió (korrózió elektrolitoldatokban, valamint nedves légkörben történő korrózió) hiányában. A gázkorrózió következtében a fémek felületén oxid, szulfid stb. filmeket. A kemence szerelvényei, belső égésű motorok alkatrészei stb. ki vannak téve az ilyen típusú korróziónak.

Bármely elektrolit oldat vizes oldat, és a víz oxigént és hidrogént tartalmaz, amelyek képesek redukálni:

O 2 + 4H + +4e = 2H 2 O (1)

2H++2e=H2(2)

Ezek az elemek oxidálószerek, amelyek elektrokémiai korróziót okoznak.

Az elektrokémiai korrózió során fellépő folyamatokról írva fontos figyelembe venni a szabványos elektródpotenciálokat (EP). Így semleges környezetben az 1. eljárás EC értéke 0,8B, ezért azok a fémek, amelyek EC értéke kisebb, mint 0,8B (az aktivitási sorozatban az elejétől az ezüstig elhelyezkedő fémek) oxigénnel oxidálódnak.

A 2. eljárás EP értéke -0,41 V, ami azt jelenti, hogy csak azok a fémek oxidálódnak hidrogénnel, amelyek potenciálja kisebb, mint -0,41 V (az elejétől a kadmiumig terjedő aktivitási sorozatban található fémek).

A korrózió sebességét nagymértékben befolyásolják azok a szennyeződések, amelyeket egy adott fém tartalmazhat. Így, ha egy fém nem fémes szennyeződéseket tartalmaz, és ezek EC-je nagyobb, mint a fém EC-je, akkor a korróziós sebesség jelentősen megnő.

A korrózió típusai

A korróziónak többféle típusa van: atmoszférikus (korrózió nedves levegőben kis magasságban), talajkorrózió, egyenetlen levegőztetéssel járó korrózió (az oldatban lévő fémtermék különböző részeihez az oxigén hozzáférése nem azonos), kontaktkorrózió (a korrózió 2 fém különböző EP-vel olyan környezetben, ahol nedvesség van jelen).

A korrózió során az elektródákon (anódon és katódon) elektrokémiai reakciók mennek végbe, amelyek a megfelelő egyenletekkel írhatók fel. Így savas környezetben elektrokémiai korrózió lép fel a hidrogén depolarizációjával, azaz. A katódon (1) hidrogén szabadul fel. Semleges környezetben elektrokémiai korrózió lép fel az oxigén depolarizációjával – a víz redukálódik a katódon (2).

K (katód) (+): 2H + +2e=H2 - redukció (1)

A (anód) (-): Me – ne →Me n + – oxidáció

K (katód) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - - redukció (2)

Légköri korrózió esetén az elektródákon (és a katódon a környezettől függően különböző folyamatok) a következő elektrokémiai reakciók lépnek fel:

A (anód) (-): Me→Me n + +ne

K (katód) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (lúgos és semleges környezetben)

K (katód) (+): O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (savas közegben)

Korrózióvédelem

Korrózióvédelemre használják következő módszereket: vegyileg ellenálló ötvözetek használata; fémek felületének védelme bevonatokkal, amelyek leggyakrabban olyan fémeket használnak, amelyek levegőben vannak bevonva oxidfilmekkel, amelyek ellenállnak a külső környezet hatásainak; korrozív környezet kezelése; elektrokémiai módszerek (katódos védelem, protektor módszer).

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

2. PÉLDA

Gyakorlat Az alkatrész vas és nikkel ötvözetéből áll. Melyik fém korrodálódik gyorsabban? Írja fel a légköri korrózió során lezajló anódos és katódos folyamatok egyenleteit! A standard elektródpotenciálok értékei E(Fe 2+ /Fe) = -0,444V, E(Ni 2+ /Ni) = -0,250V.
Megoldás Először is, az aktív fémek (amelyek a standard elektródpotenciálok legnegatívabb értékeivel rendelkeznek) korróziónak vannak kitéve, ez a vas.

A korróziót általában a fémek spontán pusztulásának nevezik, amely a fémekkel való kémiai és elektrokémiai kölcsönhatás eredményeként következik be. külső környezet stabil vegyületekké (oxidok, hidroxidok, sók) alakítjuk át.

Szigorúan véve a korrózió redox folyamatok összessége, amelyek akkor lépnek fel, amikor a fémek érintkezésbe kerülnek egy agresszív környezettel, ami pusztuláshoz vezet. fém termékek. Agresszív környezet alatt oxidlégkört értünk (az oxigén jelenléte a Föld légkörében oxidálódik), különösen víz vagy elektrolit oldatok jelenlétében.

A folyamat mechanizmusa alapján megkülönböztetik a fémek kémiai és elektrokémiai korrózióját. A kémiai korrózió egy gyakori kémiai reakció a fématomok és a különböző oxidálószerek között. A kémiai korrózió példái a fémek magas hőmérsékletű oxigénnel történő oxidációja, az alumínium felületének oxidációja levegőben, a fémek kölcsönhatása klórral, kénnel, hidrogén-szulfiddal H 2 S stb.

Az elektrokémiai korrózió az oldatokban, vagyis főleg akkor lép fel, amikor fémek érintkeznek elektrolitoldatokkal, különösen olyan esetekben, amikor a fémek kevésbé aktív fémekkel érintkeznek. A korrózió sebessége jelentősen függ a fémek aktivitásától, valamint a vízben lévő szennyeződések koncentrációjától és jellegétől. Tiszta vízben a fémek szinte nem korrodálnak, aktívabb fémekkel érintkezve még elektrolit oldatokban sem.

Fémkorrózió oka

Sok fém, köztük a vas is megtalálható a földkéregben oxidok formájában. A fémről oxidra való átmenet energetikailag kedvező folyamat, vagyis az oxidok stabilabb vegyületek, mint a fémek. A folyamat megfordításához és a fémnek az ércből való kinyeréséhez sok energiát kell elkölteni, ezért a vas hajlamos újra oxiddá alakulni - ahogy mondani szokás, a vas rozsdásodik. A rozsdásodás a korrózió fogalma, amely a fémek oxidációjának folyamata a környezet hatására.

A fémek körforgása a természetben a következő diagram segítségével ábrázolható:

A fémtermékek rozsdásodnak, mert az acél, amelyből készülnek, reakcióba lép a légkörben lévő oxigénnel és vízzel. A vas vagy acél korróziója során a ferum(III)-oxid hidratált formái különböző összetételűek(Fe 2 O 3 ∙ xH 2O). Az oxid levegőt és vizet áteresztő, nem képez védőréteget a fémfelületen. Ezért a fémkorrózió a kialakult rozsdaréteg alatt folytatódik.

Amikor a fémek nedves levegővel érintkeznek, mindig ki vannak téve a korróziónak, de számos tényező befolyásolja a rozsdásodás mértékét. Ezek közé tartoznak a következők: szennyeződések jelenléte a fémben; savak vagy más elektrolitok jelenléte a vas felületével érintkező oldatokban; ezekben az oldatokban található oxigén.

A fémfelület elektrokémiai korróziójának mechanizmusa

A legtöbb esetben a korrózió elektrokémiai folyamat. A fém felületén elektrokémiai cellák képződnek, amelyekben különböző területek oxidációs és redukciós területekként működnek.

Az alábbiakban a redox rozsdásodási folyamat két reakciója látható:

A vaskorróziós reakció általános egyenlete a következőképpen írható fel:

Sematikusan a vas vagy acél felületén vízzel való érintkezéskor fellépő folyamatok a következők szerint ábrázolhatók:

A vízcseppben oldott oxigén koncentrációja határozza meg, hogy a fémfelület mely részein történik a redukció és melyek az oxidáció helye.

A csepp szélein, ahol az oldott oxigén koncentrációja nagyobb, az oxigén hidroxidionokká redukálódik.

Az oxigén redukálásához szükséges elektronok a csepp középpontjából mozognak, ahol a vas oxidációja során felszabadulnak, és ahol alacsony az oldott oxigén koncentrációja. A vasionok oldatba kerülnek. A felszabaduló elektronok a fémfelület mentén a csepp széleiig mozognak.

A fentiek megmagyarázzák, miért a legerősebb a korrózió egy vízcsepp közepén vagy egy festékréteg alatt: ezeken a területeken korlátozott az oxigénellátás. Itt úgynevezett „héjak” keletkeznek, amelyekben a vas oldatba megy.

A rozsda önmagában olyan másodlagos folyamatok eredményeként keletkezik, amelyekbe vasionok és hidroxidionok diffundálnak a fémfelületről. A felületen nem képződik védőréteg.

Az Oxigén redukciós reakció aktivitása a környezet savasságától függ, így savas környezetben a korrózió felgyorsul. Bármilyen sószennyeződés, például a tengervízpermetben lévő nátrium-klorid, hozzájárul a rozsda kialakulásához, mert növeli a víz elektromos vezetőképességét.

Lehetséges, hogy a korróziós probléma soha nem oldódik meg teljesen, és a legjobb, amit remélhetünk, hogy lassítjuk, nem pedig megállítjuk.

Korrózióvédelmi módszerek

Manapság számos módszer létezik a korrózió megelőzésére.

Fém leválasztása agresszív környezettől - festés, kenés olajokkal, bevonat inaktív fémekkel vagy zománccal (I), Fémek felületének érintkezése aktívabb fémekkel (II). Korróziógátlók (korróziógátlók) és korrózióálló ötvözetek (III) alkalmazása.

I. Az acél korrózió elleni védelmének legegyszerűbb módja a fém elszigetelése a légköri levegőtől. Ez megtehető olajjal, zsírral vagy védőfestékréteg felhordásával.

Ma már széles körben használják a szerves polimerekből készült védőbevonatokat. A bevonat különböző színekben készülhet, és ez elég rugalmas megoldás korróziós problémák. Már egy gyors pillantás a mindennapi életben minket körülvevő dolgokra is rengeteg példát hoz ilyen megoldásra: hűtőszekrény, mosogatógép, tálca, bicikli stb.

II. Néha a vasat egy másik fém vékony rétegével vonják be. Egyes gyártók horganyzott, horganyzott acélból gyártanak karosszériát. Ezzel a kezeléssel az alaphoz szilárdan tapadt cink-oxid réteg képződik, és ha a galvanikus bevonat nem sérül, akkor jól véd a szervízbogyótól.

Még ha egy ilyen bevonatnak vannak hibái is, a gép acélteste továbbra is védett a gyors tönkremeneteltől, mivel ebben a rendszerben a cink inkább korrodál, mint a vas, mivel a cink reaktívabb fém, mint a vas. Ebben az esetben a cinket feláldozzák. Az egyik legkorábbi javaslat az áldozati ("áldozati") fémek használatára 1824-ben készült, hogy megvédjék a tengeri hajók testének fémbevonatát a korróziótól.

Manapság a cinkblokkokat korrózióvédelemre használják olajplatformok a tengerekben: a drága, összetett acélszerkezetek korróziója átkerül a könnyen cserélhető fémdarabokra. Mi az ilyen védelem elve? Illusztráljuk diagram segítségével.

Bizonyos időközönként a teljes támaszték mentén, amely a tengerben van, cinkblokkokat rögzítenek. Mivel a cink aktívabb, mint a vas (az elektrokémiai feszültségsorban balra található), a cink túlnyomórészt oxidálódik, és a vas felülete túlnyomórészt érintetlen marad. Elvileg bármely fém, amely a vastól balra található az elektrokémiai feszültségsorozatban, felhasználható acéltermékek védelmére.

Hasonló elvet alkalmaznak a lakóépületek vasbeton szerkezeteinek védelmére is, amelyekben az összes vasrúd össze van kötve egy földbe temetett magnéziumdarabbal.

III. A korrózióvédelem problémájának igen elterjedt megoldása a korrózióálló ötvözetek alkalmazása. Sok a mindennapi életben használt acéltermék, különösen azok, amelyek folyamatosan vízzel érintkeznek: edények, kanalak, villák, kések, mosógép tartály stb. - rozsdamentes acélból készült, amely nem igényel további védelmet.

A keményacélt 1913-ban Harry Brearley sheffieldi vegyész találta fel. Megvizsgálta a fegyvercsövek puskáinak gyors kopását, és úgy döntött, hogy kipróbálja a magas krómtartalmú acélt, hogy lássa, meg lehet-e ily módon meghosszabbítani a fegyver élettartamát.

Jellemzően az acél elemzésekor a mintát savban oldották fel. Az ilyen elemzést végző Brearley váratlan nehézségekbe ütközött. Magas krómtartalmú acélja nem oldódott fel. Azt is észrevette, hogy a laboratóriumban hagyott minták megőrizték eredeti fényüket. Brearley azonnal rájött, hogy olyan acélt talált fel, amely ellenáll a korróziónak.

Harry Briarley találmánya bizonyos előítéletekkel találkozott. Sheffield egyik vezető fémedénygyártója a Briarley ötletét "természetellenesnek" tartotta, míg egy másik szerint "a korrózióállóság nem olyan nagy előnye a késeknek, amelyeket rendeltetésükhöz képest minden használat után meg kell tisztítani". Ma már természetesnek tartjuk, hogy az edények megőrzik fényüket, és nem befolyásolják az élelmiszerekben lévő savak.

Rozsdamentes az acél nem korrodálódik, mert a felületén króm(III)-oxid filmréteg képződik. A rozsdától eltérően ezt az oxidot nem befolyásolja a víz, és szorosan tapad a fémfelülethez. A mindössze néhány nanométer vastagságú oxidfilm szabad szemmel nem látható, és nem rejti el a fém természetes fényét. Ugyanakkor áthatolhatatlan a levegő és a víz számára, és védi a fémet. Sőt, ha lekaparja a felületi fóliát, az gyorsan helyreáll.

Sajnos a rozsdamentes acél drága, és ezt figyelembe kell vennünk, amikor kiválasztjuk, hogy melyik acélt használjuk. A modern technológiában leggyakrabban a következő összetételű, rendkívül ellenálló acélt használják: 74% vas, 18% króm, 8% nikkel.

Mivel a rozsdamentes acél használata nem mindig indokolt gazdaságilag, ahogy a kenőanyagok és festékek védőrétegeinek alkalmazása sem, ma már meglehetősen gyakran vékony rétegű cinket (horganyzott vas) vagy ónt (ónozott vas) használnak a vastermékek bevonására. Ez utóbbit nagyon gyakran használják a konzervek gyártása során.

A konzervek védelmének módszerét a belső fémfelület ónnal való bevonásával az angol Peter Durand javasolta. Ilyen védelem mellett a konzerv sokáig ehető marad. Sajnos a konzervek és italok iparága sem mentes a kihívásoktól. A különböző termékek különböző környezetet hoznak létre a doboz belsejében, amelyek eltérő hatással vannak a fémre és korróziót okozhatnak.

A 20. század elején elkezdték gyártani a dobozos sört. Viszont új termék nem volt azonnali siker, és ennek az volt az oka, hogy a bankokat belülről tönkretették. A vékony ónréteg, amivel az üvegeket fedték, nagyon ritkán jött ki szilárd. Leggyakrabban kisebb hibái voltak. Vizes oldatban a vas gyorsabban oxidálódik, mint az ón (nagyobb aktivitása miatt). Vas ionok Fe 2+ sörben oldva (ami általában jó orvosság vérszegénység esetén) és fémes ízt adott az italnak, ráadásul csökkentette az átlátszóságát. Ez csökkentette a dobozos sör népszerűségét. A gyártóknak azonban sikerült leküzdeniük ezt a problémát, miután elkezdték bevonni a dobozok belsejét egy speciális inert szerves lakkkal.

A gyümölcskonzerv szerves savakat, például citromsavat tartalmaz. Oldatban ezek a savak elősegítik az ónionok megkötését Sn 2+ és ezáltal növeli az ónbevonat oldódási sebességét, így a gyümölcskonzervekben (barack stb.) főleg az ón korrodálódik. Az ilyen módon élelmiszerbe jutó ónionok nem mérgezőek. Nem változtatják meg jelentősen a gyümölcskonzerv ízét, kivéve, hogy szigetszerű utóízt biztosítanak számukra. Ha azonban egy ilyen tégelyt túl sokáig tárolnak, problémák léphetnek fel. Az oxidált vékony ónréteg végül szerves savak hatására összeomlik, és elég gyorsan korrodálni kezdi a vasréteget.


Omszki Állami Műszaki Egyetem
Kémiai Tanszék
Novgorodtseva L.V.
ÁLTALÁNOS KÉMIA
Kémiai tulajdonságok fémek
Fémek korróziója.
Előadás
Multimédiás dia előadás
©OmSTU, 2014

Fémek eloszlása ​​a természetben

FÉMEK A TERMÉSZETBEN. CLARK.

Claark szám (vagy elemek clarke, még gyakrabban mondják
egyszerűen az elem clarke) - az átlagot kifejező számok
tartalom kémiai elemek a földiben
kéreg, hidroszféra, Föld, űr
testek, geokémiai vagy kozmokémiai rendszerek stb.,
ennek a rendszernek a teljes tömegéhez viszonyítva.
%-ban vagy g/kg-ban kifejezve.
Legtöbb
től terjesztik
fémek a földben
ugat
Alumínium
Al –
8,45% (tömeg)
Vas
Fe-
4,4% (tömeg)
Kalcium
Ca-
3,3 tömeg%
Nátrium
Na-
2,6% (tömeg)
Magnézium
Mg-
2,1% (tömeg)
Titán
Ti-
0,61 tömeg%

A TERMÉSZETBEN LEGGYAKORIBB FÉMVEGYÜLETEK

A természetes fémvegyületek közül a legtöbb
Az oxidok gyakoriak.
Fe2O3 - hematit; Fe3O4 – mágneses vasérc, magnetit;
Cu2O - kuprit; Al2O3 - korund; TiO2 – rutil, anatáz, brookit;
MnO2 - piroluzit; SnO2 – kasszirit stb.
Az alacsony aktivitású szulfidok széles körben elterjedtek
fémek: NiS; CuS; ZnS; PbS; FeS2.
Halogenidek formájában: - fluoridok, kloridok - lúgos és
alkáliföldfémek.
Karbonátok – könnyűfémek – Mg, Ca (CaCO3) formájában.
Szulfátok formájában – aktív fémek Na, Ca, Ba, Mg (Na2SO4).
Az oldható fémsók az óceánok, tengerek és tavak vizében találhatók.

Fémek megszerzése

Fémek kinyerése ércekből

A legtöbb fém formában fordul elő a természetben
vegyületek más elemekkel, főleg ércek formájában.
Szabad állapotban (rögök)
arany és platina található, ill
ezüst és réz - részben; Néha
natív higany jön át
néhány más fém.
Az Au-t és a Pt-t keresztülbányászják
mechanikus elválasztás a kőzettől,
amelyben vannak (pl
mosással), vagy eltávolítással
különböző reagensekkel távolítsa el őket a kőzetről
ezt követi az elválasztás
megoldás

PIROMETALLURGIA

Fémek kinyerése érceikből
gyógyulás magas
hőmérsékletek
Restaurátorok
szén (koksz)
PbO + C = Pb + CO
Szén-monoxid
(II)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Hidrogén
MnO2 + 2H2 = Mn + 2H2O
hidrotermia
Aktívabb
fém
(fémhő)
Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3
aluminotermia
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
magnetotermia
karbotermia

HIDROMETALLURGIA

A természetes feloldódása
vegyületek vizes formában
különféle megoldásokat alkalmazva
a reagenseket követi
fém felszabadulását
megoldás. A folyamat folytatódik
normál hőmérsékletek.
Redukálószerek - aktív
fémek vagy elektronok
Az aranyat ércekből kálium-cianid segítségével vonják ki, ill
majd porított cinkkel redukáljuk
2K + Zn→ K2 + 2Au
A fémet finomra zúzott állapotban kapjuk

ELEKTROMETALLURGIA

Elektrometallurgia - fémek kinyerése vízből
oldatok vagy olvadékok elektromos áram segítségével
(elektrolízissel)
Elektrolízis vizes oldatok: alacsony aktivitású fémek előállítására
CuSO4 + H2O→ Cu0 + H2SO4 + O2
Katód (-): Cu2+ + 2e- → Cu0
Anód (+): 2H2O-4e- → O2 + 4H+
Olvadékok elektrolízise: for
aktív fémek kinyerése
2NaClolvadék → 2Na0 + Cl20
Katód (-): Na+ + 1e- → Na0
Anód (+): 2Cl- - 2e- → Cl20

FLOTÁCIÓS MÓDSZER

A lebegtetés olyan módszer, amely azon alapul
eltérő felületi nedvesíthetőség
ásványvíz.
Példa: kénfémből álló és üres érc
kőzetek, zúzott, vízzel töltött, alacsony polaritású
szerves anyag (habképzéshez) és kicsi
az adszorbeált "kollektor" reagens mennyisége
az ásvány felülete. A keveréken alulról áramot vezetnek át
levegő. Az eredmény egy ásványi részecske molekularéteggel
A "gyűjtők" a légbuborékokhoz tapadnak, és a részecskék üresek
vízzel megnedvesített sziklák lesüllyednek a fenékre. Aztán hab
gyűjtött, préselt és nyert ércet nagy tartalommal
fém

MÁGNESES MÓDSZER

A mágneses elválasztást az ércek dúsítására használják
viszonylag nagy mágneses szuszceptibilitású ásványok. Hozzájuk
magába foglalja a magnetitot, a franklinitet, az ilmenitet és a pirrotitot, valamint
néhány egyéb vasásvány, amelyek felülete lehet
alacsony hőmérsékletű égetéssel biztosította a kívánt tulajdonságokat.
Az elválasztás ugyanúgy történik, mint a vízben,
valamint száraz környezetben. Száraz szétválasztás
alkalmasabb nagy szemekhez,
nedves - finomszemcsés homokokhoz és
iszap. Hagyományos mágneses elválasztó
olyan készülék, amelyben
több szem vastagságú ércréteg
mágnesben folyamatosan mozog
mező. A mágneses részecskék kihúzódnak
a szemek áramlásától szalaggal és összegyűjtik a számára
további feldolgozás; nem mágneses
a részecskék az áramlásban maradnak.

A kémiai kötések természete fémekben

ÁLTALÁNOS FIZIKAI TULAJDONSÁGOK

Magas elektromos vezetőképesség, magas hővezető képesség,
plaszticitás, azaz. deformációnak való képesség
normál és megemelt hőmérsékleten összeomlás nélkül.
Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a fémek
kovácsolható, hengerelhető,
huzalba húzás (rajz),
bélyegzés.
A fémek velejárói
fém is
miatt ragyog
képességüket
jól visszaveri a fényt.

FÉMEK. FÉLVEZETŐK. DIELEKTROMOK. ZÓNA ELMÉLET.

FÉM LINK

Az elektronok azon képessége, hogy szabadon mozogjanak a kristályban
és energia átvitelére szolgál egyik részéből a másikba
a fémek magas hő- és elektromos vezetőképességének oka
Vegyértékelektronok, amelyek kémiai kötéseket hoznak létre
nem tartoznak két vagy több meghatározott atomhoz,
és az egész fémkristályt. Ebben az esetben a vegyértékelektronok
szabadon mozoghatnak a kristály térfogatában.
Így nevelték
kémiai kötést nevezzük
fém csatlakozás.
Az "ingyenes" összessége
elektronok fémelektrongázban

A fémek kémiai tulajdonságai

Szabványos hidrogénelektróda

Az elektróda numerikus skálájának elkészítése
potenciálokra van szüksége valamilyen elektróda potenciáljára
folyamat elfogadására egyenlő nullával. Referenciaként a
Egy ilyen skála létrehozásához az elektróda eljárást alkalmazzák:
2Н+ +2е- = Н2
Hidrogén elektróda
platina lemez,
elektrolit bevonattal
szivacsos platina és elmerül
1 M kénsav oldatban,
amelyen keresztül buborékol
hidrogéngáz által
nyomás 1 atmoszféra.
Az érintkezési felületen
platina savoldattal
egyensúly létrejön
folyamat:
2Н+ +2е- ⇆ Н2

FÉMEK ELEKTROKÉMIAI FESZÜLTSÉGES SOROZATA

A hidrogénelektróda potenciálja nagyon magas
pontosság. Ezért a hidrogénelektródát a következőképpen alkalmazzuk
szabvány az elektródpotenciálok skálájának létrehozásakor.
A potenciál meghatározására
vagy más elektróda eljárás
galvanikust kell létrehozni
elem
-tól
téma
És
standard
hidrogén
elektródát, és mérje meg az EMF-jét.
A szabványban rejlő lehetőségek óta
a hidrogénelektróda nulla,
Hogy
mérés
EMF
akarat
bevezetni
egyedül
potenciális
elektróda folyamat.
Ily módon az elektrokémiai feszültségsort kapjuk
fémek Mert a méréseket a hidrogénhez viszonyítva végezzük
elektródát, ezt a sorozatot hidrogénskálának nevezik.

TULAJDONSÁGOK HELYREÁLLÍTÁSA. IONIZÁCIÓS ENERGIA

A helyreállító tulajdonságok és aktivitás gyengülése
Ezt a sorozatot elektrokémiai feszültségsorozatnak nevezik
fémek Az ionizációs energiát a helyzet határozza meg
fém a periódusos rendszerben. Az elektrokémiai
a feszültségsorozatban a bal oldalon található fém elmozdulhat
oldatoktól vagy olvadt sóktól, a fém jobbra.

Ezzel a sorozattal megjósolhatja, milyen lesz a fém
párban viselkedni egy másikkal.
Az elektrokémiai feszültség sorozatba tartozik még
hidrogén. Ez lehetővé teszi, hogy következtetést vonjunk le arról, hogy mi
a fémek kiszoríthatják a hidrogént a savas oldatokból.
Például a vas kiszorítja a hidrogént az oldatokból
savak, mivel attól balra van;
A réz nem szorítja ki a hidrogént, mivel az jobb oldalon található
azt a fémfeszültségek sorozatában.

FÉMEK TEVÉKENYSÉGE A FÉMEK FESZÜLTSÉGTARTOMÁNYÁNAK SZERINT

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.
Minden fém csoportokra osztható:
az aktív fémek a Cd előtti aktivitássorban vannak;
közepes aktivitású - a Cd-től H-ig terjedő sorozatban vannak;
az alacsony aktivitású fémek az N utáni aktivitássorokban jelennek meg.

A FÉMEK ÁLTALÁNOS KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

A fémek kémiai tulajdonságait a következők határozzák meg:
atomjaik szerkezete,
kristályrács típusa.
A fémek fő és legáltalánosabb tulajdonsága jó
redukálószerek, pl. könnyen feladja az elektronokat:
Ме0 - ne-→ Мen+
Egy sor szabványos elektródapotenciálon alapul
következtetést lehet levonni a fémek kémiai aktivitására vonatkozóan
Sóknál az aktívabb fém (a sorban balra állva
fémfeszültség) kiszorítja belőle a kevésbé aktívat
sók: Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu

A FÉMEK ÁLTALÁNOS TULAJDONSÁGAI. Kölcsönhatás EGYSZERŰ ANYAGOKKAL

FÉM
oxigén
oxidok, peroxidok,
szuperoxidok
halogének
fluoridok, kloridok,
bromidok, jodidok
kén
szulfidok
nitrogén
nitridek
foszfor
foszfidok
hidrogén
hidridek
szén
karbidok
szilícium
szilicidek

Fémek kölcsönhatása vízzel

FÉMEK Kölcsönhatása VÍZZEL TERMODINAMIKAI SZEMPONTBÓL

A fémek és a víz kölcsönhatása a reakció szerint megy végbe:
Me0 + H2O = MeOH + 1/2 H2

Ϥ0 Piros
Oxidálószer:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0 Ó
E= Ϥ0Ох - Ϥ0Piros > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Piros
Hidrogénionok standard elektródpotenciálja vízben
(pH = 7):
Ϥ0Ох = -0,59.рН = -0,41 V
Ezért a fém vízzel való redukciójának feltétele lehet
írja be a következő formában:
Ϥ0 Piros< -0,41 В
Azok. Mindegyik kölcsönhatásba lép a vízzel, kiszorítva belőle a hidrogént.
fémek Cd-ig, standard elektróda
amelynek potenciálja -0,41 V alatt van.

FÉMEK Kölcsönhatása VÍZZEL

Aktív fémek (fémek az aktivitási sorozat kezdetétől a Mg-ig) a
Hidroxidot és hidrogént vízzel állítanak elő:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
A közepes aktivitású fémek (Mg-től H2-ig) oxidokat és
hidrogén (hevítéskor):
VEL melegvíz a Mg-től Cd-ig terjedő sorozat fémei reagálnak:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Reakcióhőmérséklet t = 100 °C
Reakcióhőmérséklet t = 700 °C
Néhány fém található
Mg és Cd között például Zn, Al védőoxiddal van bevonva
filmek (ZnO, Al2O3) és nem oldódnak vízben, pl. fém nem
aktív (passzív). A jelenséget fémpasszivációnak nevezik.
Az inaktív fémek nem lépnek reakcióba vízzel.

Fémek kölcsönhatása savakkal

Kölcsönhatás savakkal

A híg savak oxidálószerek miatt
hidrogén
Redukálószer: Ме0 - ne-→ Мen+
Ϥ0 Piros
Oxidálószer:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0Ох = Ϥ0 2H+/H2 = 0
E= Ϥ0Ох - Ϥ0Piros > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Piros
Ϥ0 Piros< 0 В
Mg0 + 2HCl → MgCl2 + H2
Fémek a fémfeszültség sorozatban ig
a hidrogén kiszorítja a savakból (kivétel:
tömény kénsav, bármilyen salétromsav
koncentráció).

FÉMEK PASSIVÁLÁSA SAVAKKAL

Néha oldhatatlan vagy gyengén oldódik
élelmiszerek, amelyek gátolják a reakciót.
Például az ólom Pb nem oldódik híg kénsavban.
sav és sósav, mert PbSO4 és PbCl2 képződik, amelyek nem
vízben oldódik és gátolja az oxidációt.
Pb + 2HCl = PbCl2 + H2
Passziváló hatás a védőfólia kialakulásának köszönhetően
felületekre, ami lassabb reakcióhoz vezet,
más fémeknél is megfigyelhető.
Leggyakrabban a termékek akkor jönnek létre, amikor kölcsönhatásba lépnek velük
a következő savak: H3PO4, H2SO3, H2CO3, HCN, HF.

OLDHATÓSÁGI TÁBLÁZAT

FÉMEK Kölcsönhatása Töményített KÉNSAVVAL

Tömény kénsavban, mint oxidálószer
a kén +6 oxidációs állapotban jelenik meg, ami benne van
az SO42- szulfátion összetétele.
A tömény kénsav mindent oxidál
fémek, amelyek standard elektródpotenciálja
kisebb, mint 0,36 V, az elektróda maximális értéke
potenciál az SO42-szulfatációval járó elektródfolyamatokban.
A tömény kénsavat redukáljuk
következő termékek
H2S+6O4 (k) → S+4O2 → S0 → H2S2-

A FÉMEK AKTIVITÁSÁNAK BEFOLYÁSA KONCENTRÁLT KÉNSAVVAL KAPCSOLATBAN

Az aktív fémek reakcióba lépnek a savval, redukálják azt
hidrogén-szulfidra
5H2S6+O4(k)+4Zn = 4ZnSO4+H2S+4H2O
Az alacsony aktivitású fémek savval reagálnak, redukálva
SO2-ra
2H2S6+O4(k) + Cu0 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
A tömény kénsav passziválja a fémeket
közepes aktivitás: Fe, Be, Cr, Co, Al. A felszínen
fémből sűrű oxidfilmek képződnek:
3H2SO4(k) +2Fe = Fe2O3 + 3H2O +3SO2
A fémek Re, Mo, Tc, Ti, V összhangban állnak egymással
egyenlet
2V +5H2SO4(k) =2HVO3+5SO2 + 4H2O

A SALÉCSAV OXIDÁLÓ EREJE

Salétromsav savmaradéka (bármilyen koncentrációban)
magas oxidáló képességgel rendelkezik.
A salétromsavban a nitrogén oxidálószerként működik.
oxidációs állapot +5.
A savat a következő termékekké redukáljuk:
HN5+O3 → N4+O2 → N2+O → N+2O → N20 → N3-H3
A felépülési ráta nő
Minél töményebb a sav, annál mélyebb
lábadozik.
A reakciótermékek természete mindkét koncentrációtól függ
sav- és fémaktivitás

NEHÉZFÉMEK

Ismert
közel
szarka
különféle
meghatározások
nehézfémek, és lehetetlen ezek közül az egyiket megjelölni
őket, mint a legelfogadottabbakat.
Az alkalmazott kritérium a fenti atomtömeg lehet
50,
A nehézfémek közé több mint 40 fém tartozik
periodikus rendszer D.I. Mengyelejev: V, Cr, Mn, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi stb.
Egy másik gyakran használt kritérium a sűrűség,
megközelítőleg egyenlő vagy nagyobb, mint a vas sűrűsége (8 g/cm3),
N. Reimers besorolás: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn,
Bi, Hg.
Vannak más alapján osztályozások
a küszöbsűrűség vagy az atomtömeg értékei. Néhány
osztályozások kivételt tesznek a nemes és
ritka fémek, nem minősítve őket nehéznek, néhány
kizárják a színesfémeket (vas, mangán).

NEHÉZFÉMEK Kölcsönhatása salétromsavval

Interakció esetén nehézfémek Vel
tömény salétromsav leggyakrabban
nitrogén-oxid (IV) NO2 szabadul fel, híg oxiddal
nitrogén (II) NO.
HNO3(dil) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
HNO3(konc) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
Tömény salétromsav esetén leggyakrabban
nitrogén-oxid (IV) NO2 szabadul fel, híg -
nitrogén-monoxid (II) NO.

LÚGUS ÉS ALUKÁLIS FÖLDFÉMEK Kölcsönhatása salétromsavval

Tömény salétromsavval reagálva
lúgos (a fő alcsoport 1. csoportjának elemei: Li, Na,
K, Rb, Cs, Fr) és alkáliföldfémek (2. elemek
a fő alcsoport csoportjai (kivéve Be, Mg): Ca, Sr, Ba, Ra
nitrogén-monoxiddá (I) N2O redukálódik
HNO3(konc) + Ca0 → Ca+2(NO3)2 + N+2O + H2O
HNO3(dil) + Ca0 → N-3H4NO3 + Ca(NO3)2+ H2O
A híg salétromsav reakcióba lép
alkáli, alkáliföldfémek, Zn, Fe
ammónium-nitráttá NH4NO3 redukálódik.

A FÉM-OXIDÁCIÓS ÁLLAPOT BEFOLYÁSA. PASSIVÁCIÓ

A fém kémiai természetétől függően a következőket kell megjegyezni:
minták:
stabilan alacsony oxidációs állapotú fémek,
alkotják a megfelelő ionokat:
Mg0 + HNO3 (dil) → Mg(NO3)2 + NO + H2O
fémek (W, Ti, V, Re, Tc), amelyekre a legjellemzőbb
magas fokú
savak:
oxidáció
alakulnak ki
oxigén tartalmú
W0 + 2HNO3 (dil) → H2WO4 + NO
W0 + 6HNO3 (konc) → H2WO4 + 6NO2 + 2H2O
3Tc + 7HNO3 (dil) → 3HTcO4 +7NO + 2H2O
Bármilyen koncentrációjú salétromsav passzivál
fémek: Fe, Cr, Al, Be, Bi, Ni hidegben.

A salétromsav oxidáló képessége fokozódik
hidrogén-fluorid hozzáadásával
vagy sósavak.
Ezek a keverékek feloldják a leginaktívabb fémeket.
21HF + 5HN+5O3 + Ta → 3H2-2 + 5NO + 10H2O

"Királyi vodka" - keverék
tömény savak HNO3
és HCl-t 1:3 arányban.
Egy folyadék
sárga színű klórszagú és
nitrogén-oxidok.

Kölcsönhatás savkeverékekkel

A "királyi vodka" feloldja az aranyat és a platinát. A cselekvése
amiatt, hogy a salétromsav oxidálja a sósavat
Vel
szabad klór felszabadulása és klorid képződése
nitrozil N+3OCl:
HN+5O3 + 3HCl = Cl2 + N+3OCl + 2H2O
A nitrozil-klorid reakció közbenső termék és
lebomlik:
2N+3OCl = 2NO + Cl2
A klór a felszabadulás pillanatában atomokból áll, ami meghatározza

Az aqua regia magas oxidációs képessége.
Au+ HN+5O3 + 3HCl → AuCl3 + NO + 2H2O
3Pt + 4HN + 5O3 + 12HCl → 3PtCl3 + 4NO + 8H2O
Feleslegben lévő sósavval, arany(III)-kloriddal és platina(IV)-kloriddal
forma összetett vegyületek H és H2
Au+ HN+5O3 + 4HCl → H + NO + 2H2O

Fémek kölcsönhatása lúgok vizes oldataival

FÉMEK Kölcsönhatása lúg vizes oldataival

A fémek kölcsönhatásba lépnek lúgos oldatokkal
hajlamos anionos komplexek képződésére, pl. azok
fémek, amelyek oxidjai és hidroxidjai rendelkeznek
amfoter karakter:
Ezek amfoter fémek - Zn, Al, Be, Ga, Sn, Pb.
A reakció mechanizmusa (oxidáció lép fel
a vízmolekulák miatt):
Zn +2 H2O = Zn(OH)2↓ + H2
Zn(OH)2↓ +2 NaOH = Na2-2.

ANIONOS KOMPLEXEK STABILITÁSA

A stabilabb komplex anionok, mint az [E(OH)n]x-,
annál könnyebb a reakció. Meg kell jegyezni, hogy az ilyen anionok
legtöbb
stabil
at
ilyen
fémek
Hogyan
cink,
alumínium, berillium, így könnyen oldódnak
lúgok vizes oldataiban. Vashoz, kobalthoz,
titán,
mangán
komplexek
lassan.
Nem
És
sor
stabil
mások
És
fémek
kölcsönhatás
ilyen
eljövetel

MAGAS OXIDÁCIÓS FÉMEK Kölcsönhatása VIZES ALGÁLI OLDATOKKAL

Egyes d-elemek lúgokkal is reagálnak,
amelyek oxidálószerek jelenlétében vegyületeket képeznek azzal
magas oxidációs állapot. vanádium, volfrám, króm,
Például,
V
olvasztott
lúgok
oxidálódik
oxigént vanadátokba – Me3VO4, volfrámokba – Me2WO4
és kromátokba – Me2СrO4, illetve:
2W + 4NaOH + 3O2 = 2Na2WO4 + 2 H2O

ALUMÍNIUM FELOLDÁSA VIZES LÚGÚ OLDATBAN

Az alumínium nem lép kölcsönhatásba vízzel, bár aktív
fém. Az alumínium tehetetlenségének oka a képződés
felszínén a légköri oxigén hatása alatt közönséges
körülmények oxid film Al2O3, amely nagyon erős
védő hatás. A hozzáadott lúg feloldja az oxidot
film hidroxoaluminát képződésével, és megteremti annak lehetőségét
az alumínium és a víz közvetlen kölcsönhatása.
A reakció a következő séma szerint megy végbe:
1.Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na
2. 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
3. Al(OH)3 + NaOH → Na

Fémkorrózió

FÉMEK KORRÓZIÓJA.

A korrózió az
spontán módon
szivárgó
megsemmisítési folyamat
fém be
eredmény
interakcióval
környezet.

ANYAGI VESZTESÉGEK.

Anyagi veszteségek amikor
korrózió:
Csővezetékek megsemmisítése,
fém gépalkatrészek,
hajótestek, tengeri
szerkezetek (több mint 10%
évi fémkohászat
korrózió miatt elveszett).
Az elvesztés költsége
termék keresztül
korrodált rendszer
csövek
Vállalkozások leállása
csereperiódus
fém szerkezetek
korrodált.

A KORRÓZIÓS FOLYAMAT MECHANIZMUSA.

A folyamat energia felszabadulásával és anyagdiszperzióval jár
(a rendszer entrópiája ∆S > 0 növekszik).
A fémek tiszta formában történő előállítása mindig együtt jár
energiafelhasználás.
Ez az energia szabad energiaként halmozódik fel bennük
Gibbs, és kémiailag aktív anyagokká teszi őket.
Kohászati ​​folyamat:
_
Korróziós folyamat:
_
Мen+ + ne → Me0
Me0 - ne → Мen+
∆G0х.р. >0
∆G0х.р.< 0
(energia költséggel jár)
(spontán folyamat)

A KORRÓZIÓS FOLYAMATOK OSZTÁLYOZÁSA.

FÉMEK KORRÓZIÓJA

Fémek kémiai korróziója

A KÉMIAI KORRÓZIÓ LÉNYEGE.

A kémiai korrózió jellemző a nem vezető környezetre
elektromos áram.
A kémiai korróziós folyamat lényege az
redox
reakciók,
és
fémelektronok közvetlen átmenete figyelhető meg
az oxidálószerhez.
A spontán pusztulást jelképezi
fémek oxidáló gáz környezetben (O2, SO2, H2S,
halogének) vagy folyékony, nem elektrolitokban (szerves
folyadékok – savanyú olaj).

KÉMIAI KORRÓZIÓ GÁZKÖRNYEZETBEN

IN általános nézet gázkorrózióhoz:
1,2Me0 (t) + O2 (g) ⇄ 2 Me+2O (t)
Oxidképződés a fém felületén
a légköri oxigénnel való kölcsönhatás eredményeként.
2. MeO (t) → [MeO] (p)
Az oxidfilm feloldódása magában a fémben,
az egyensúly jobbra tolódik el, mert többségében oxidok
a fémek képesek feloldódni a fémben és távozni
egyensúlyi rendszerek.
Az ilyen korrózió mechanizmusa az iondiffúzióra redukálódik
fém az egyik oldalon korróziós termékekből álló filmen keresztül,
és az oxigénatomok ellendiffúziójának másik oldalán
a film mélyére.

PÉLDA VEGYI KORRÓZIÓRA FOLYADÉKOS KÖRNYEZETBEN.

OXIDÁCIÓS ARÁNY

Az oxidfilm tulajdonságai határozzák meg
fém felület:
film folytonossága;
film diffúziós képesség;
az oxidfilm szerkezete.
A film folytonosságát () a térfogatarány becsüli meg
a képződött oxid mennyisége a fém térfogatára,
ennek az oxidnak a képződésére költött (tényező
Pilling-Badwords)
Értékek ehhez
a fémek referenciakönyvekben vannak megadva.

FILMFOLYAMATOSSÁG

Ha
< 1, то образующаяся пленка не сплошная. Толщина
Az oxidfilm az oxidációs idővel arányosan növekszik.
A hőmérséklet növekedésével a korróziós folyamat élesen
a rossz hőleadás miatt felgyorsul, a fém felmelegszik
és a reakciósebesség nő.
Ha
= 1,2 – 1,6, akkor a kapott oxidfilmet
szilárd. Az ilyen film gátolja az oxidálószer diffúzióját. És által
A film vastagodásával a további növekedése folytatódik
Lassítson. A felületen folyamatos filmek képződnek
fémek, például Co, Ni, Mn, Ti.
at
> 1,6 oxidfilm
szintén nem szilárd és könnyű
el vannak választva
-tól
felületek
fém (vas pikkely)

KÉKÍTÉS

Voronea
acél (oxidáció, feketedés,
kékítés) -
folyamat
fogadása
-on
felületek
szén
vagy
gyengén ötvözött acél vagy öntöttvas réteg
oxidok
1-10 mikron vastagságú vas. Ennek a rétegnek a vastagsága határozza meg
szín - az úgynevezett homályos színek, amelyek egymást helyettesítik
barát, ahogy a film nő (sárga, barna, cseresznye,
lila, kék, szürke).
A bevonat szerkezete finomkristályos,
mikroporózus. Fény hozzáadásához és
az oxidfilm védő tulajdonságainak javítása
olajjal is impregnálva (ásványi
vagy zöldség).
Manapság a kékítést használják
főleg dekoratívnak
befejező, és előtte - főként - számára
csökkenti a fémkorróziót.

AZ OXID FÓLIÁK SZERKEZETÉNEK HATÁSA A KORRÓZIÓS SÁBÁRRA

Változó oxidációs állapotú fémeknél a szerkezet
a film vastagsága eltérő lesz, például amikor
Az acél kékítésekor a következő oxidrétegek képződnek:
Fe|diffúz réteg|FeO|diffúz réteg|Fe3O4
Az oxidfilmnek ez a szerkezete
erős kapcsolatot biztosít
oxidréteg felülettel
fém
Ezt kísérletileg bebizonyították
szerkezetű oxidfilmek
spinellek RO.R2O3 (FeO.Cr2O3 vagy
NiO.Cr2O3) megbízhatóak
korrózió elleni védelem.

A KORRÓZIÓS RÁTA MENNYISÉGI MEGHATÁROZÁSA

Mennyiségileg bármilyen típusú korrózió sebességét mérjük
az elveszett fém tömegének egységei (∆m) egységenként
terület (S) időegységenként (t):
A korrózió sebessége a rétegvastagsággal is mérhető
időegységenként elveszett fém.
A korróziós sebesség meghatározásához súlyokat használnak,
térfogati és fizikai módszerek.

KÜLÖNBÖZŐ FÉMEK AGRESZÍV KÖRNYEZETEI ÉS STABILITÁSA

Az oxigén mellett erős agresszív tulajdonsággal is rendelkeznek
és egyéb gázok. A legaktívabb a fluor (F),
kén-dioxid (SO2), klór (Cl2), hidrogén-szulfid (H2S). Az övék
fémekkel szembeni agresszivitás, és ezért
a korrózió sebessége nem azonos.
Például az alumínium és ötvözetei,
króm és magas tartalmú acél
króm, instabil a légkörben,
tartalmazó
klór,
Bár
Által
hozzáállás
To
oxigén
Azok
stabil.
A nikkel nem stabil a légkörben
kén-dioxid (SO2), a réz pedig eléggé
stabil.

Fémek elektrokémiai korróziója

ELEKTROKÉMIAI KORRÓZIÓ

Az elektrokémiai korrózió jellemző azokra a környezetekre, ahol
ionvezetőképesség, i.e. elektrolitokhoz
Ebben az esetben a reakció a fém és
Az oxidálószer több szakaszban fordul elő:
1. Anódos
oxidáció
fém
A fém ionok formájában bekerül
megoldás,
A
egyenértékű
az elektronok száma benne marad
_
fém: Me0 - ne → Мen+
2. Katód eljárás - asszimiláció
(holding)
redundáns
elektronok a fémben.
3. Ionok mozgása oldatban.

AZ ELEKTROKÉMIAI KORRÓZIÓT FOLYTATÓ FELTÉTELEK

A fém helyzete a fémek tevékenységsorában: mint
Minél távolabb vannak egymástól, annál gyorsabban
korrózió lép fel.
Fémtisztaság: a szennyeződések felgyorsítják a korróziót.
Egyenetlenségek a fémfelületen, repedések.
Talajvíz, tengervíz, elektrolit oldat
(ionok: H+, Cl-, Br-, I-, amfoter fémeknél OH-).
Hőmérséklet emelkedés.
Akció
mikroorganizmusok
(gomba,
baktériumok, baktériumok
zuzmók): érintik a fémeket magas
korrózióállóság.

AZ ELEKTROKÉMIAI KORRÓZIÓS MECHANIZMUS. ANÓDOS FOLYAMAT.

Mechanizmus
elektrokémiai
korrózió
eltökélt
a katód és az anód szakaszok közötti potenciálkülönbség és
egy gázgalvánelem működéséhez vezet.
A fő különbség az elektrokémiai korróziós folyamatok között
galvanikus cellás folyamatokból a hiánya
külső áramkör. Ebben az esetben az elektronok nem távoznak
korrodáló fémet, de mozog a fém belsejében.
Mivel minden fém mindig tartalmaz más szennyeződéseket
fémeket, majd annak felületén elektrolitos környezetben
sok rövidre zárt mikrogalvanikus
elemeket.
A bennük lévő anód az alapfém lesz, amelyet oxidálnak
_
reakciók: Me0 - ne → Мen+

KATÓDOS DEPOLARIZÁCIÓS FOLYAMAT.

A katódos folyamat leggyakrabban oxigénnel, ill
hidrogén depolarizáció.
A depolarizátor olyan anyag, amely elektronokat tart.
Az oxigén depolarizációja a részvétellel történik
oldott oxigén, ami
depolarizátor:
at
: O2 + 2H2O + 4e- → 4OHat
: O2 + 2H+ + 4e- → 2H2O
A hidrogén depolarizációja kationok részvételével történik
hidrogén közeg (depolarizátor – hidrogén):
at
: 2Н+ + 2е- → Н20

ELEKTROKÉMIAI KORRÓZIÓ

Anód (-) Fe / O2, H2O, NaCl / Sn (+) katód
V: Fe
0
_
- 2e → Fe
2+
_

A MORROZÍV MICROGALVANO PÁR ÁBRÁJA Zn-Cu ÉRINTKEZÉSÉN

Anód (-) Zn / közepes / Cu (+) katód
Anód (-) Zn/O2, H2O, NaCl/Cu (+) katód
Zn
0
_
- 2e → Zn
2+
_
O2 + 2H2O + 4e → 4OH oxigéndepolarizáció
Anód (-) Zn / H2SO4 / Cu (+) Katód
_
2Н+ + 2е → Н20
hidrogén depolarizáció

AZ ELEKTROKÉMIAI KORRÓZIÓS MICROGALVANO PÁR ÁBRA CINK VASAL ÉRINTKEZÉSÉBEN

Anód (-) Zn / O2, H2O, NaCl / Fe (+) katód

LEVEGŐZÉSI KORRÓZIÓ

Az oxidációs és redukciós folyamatok különböző időpontokban mennek végbe
a fémfelület területeit, és a megjelenés kíséri
elektromos áram.
Az oxigén egyenlőtlen hozzáférésével
To
felületek
fém
-on
neki
felmerülnek
galvanikus
pár
különleges
fajta:
telek
több
adszorbeáló oxigén az
katód, és kevésbé adszorbeáló
anód.
miatt
gömbölyű
lapított vízcseppek körkörös
a szélei alatti zóna a katód lesz,
és a központi rész alatt - az anód.
Anód (-) Fe (középen) / O2, H2O, NaCl / Fe (él) (+) Katód
A: Fe2+ + K3 = 3K+ + Fe2+
Kálium-hexaciano-ferrát (III)
"Turnbull blue"

FÉMEK PASSIVÁLÁSA KORRÓZIÓ SORÁN

Néha a korrózió sebességét korlátozhatja az anód
folyamat. Ez jellemző azokra a fémekre, amelyek képesek
passzív (Cr, Al, Ti, Ni, Zr, Ta stb.)
A fém passzivitását ún
felfokozott állapota
korrózióállóság,
gátlás okozta
anódos folyamat.
A passziváció a felszínen történő kialakulásához kapcsolódik
adszorbeált vagy fázisrétegek féme (néha azok és
mások), amelyek gátolják a fémoldódás folyamatát.
Az erős oxidálószerek általában elősegítik a passzivációt
fém

∆G = -nFE< 0
E= Ϥ0Ох - Ϥ0Piros > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Piros
Ϥ0Ох > Ϥ0Me+n/Me0

AZ OXIGÉN ÉS HIDROGÉN DEPOLARIZÁCIÓS KORRÓZIÓS FELTÉTELEI

Ha E0Me+n/Me0< E0Н+/Н2 меньше потенциала водородного
elektróda (1. terület), korrózió lehetséges és abszorpcióval
oxigénnel és hidrogén felszabadulásával (alkáli és alkáliföldfémek, cink, alumínium)
Ha az E0Me+n/Me0 kisebb, mint az oxigénelektróda potenciálja,
de nagyobb, mint a hidrogénelektróda potenciálja (2. terület),
akkor a korrózió csak oxigén részvételével lehetséges.
_
E0H+/H2< E0Me+n/Me0 < E0О2/ОН-
A (-): Me0 - ne → Me+n
_
K (+): O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

AZ OXIGÉN ÉS HIDROGÉN DEPOLARIZÁCIÓS KORRÓZIÓS FELTÉTELEI

Ha az oxigénelektród E0Me+n/Me0 > E0O2/OH- potenciálja
(3. terület), akkor a fémkorrózió lehetetlen.
Példa: arany – komplexképző hiányában nem
korrodálódik az oxigén felszívódásával vagy felszabadulásával
hidrogén.
Sok fém potenciálja a második régióban rejlik.

Módszerek a fémek korrózió elleni védelmére

MÓDSZEREK A FÉMEK KORRÓZIÓTÓL VÉDELMÉRE

Az összes védelmi módszert feltételesen a következő csoportokra osztják:
1. Fémek ötvözése;
2. Védőbevonatok (fémes és nem fémes);
3.Elektrokémiai védelem;
4.A korrozív környezet tulajdonságainak változása.
A korrózióvédelem egyik vagy másik módszerének kiválasztása
meghatározva:
egyrészt a hatékonysága,
másrészt a gazdasági megvalósíthatósága.

FÉMEK ÖTVÖZZÉSE

Ez egy védelmi módszer társított
a maró anyag tulajdonságainak megváltoztatása
fém Bár általában hatékony
drága védekezési módszer. at
az ötvözet összetételébe való ötvözés általában
bevezetni azokat az összetevőket, amelyek okozzák
fém passziválás (bevezetés
króm, nikkel, volfrám stb.)
Hőálló ötvözetekhez ötvözettel
az adalékanyagok közé tartozik a króm, alumínium,
nikkel, szilícium - javítják a tulajdonságokat
védőfóliák keletkeztek, amikor
fémek oxidációja.

VÉDŐBEVONATOK. FÉM BEVONATOK

A védőbevonatok mesterségesen létrehozott rétegek
a fémfelületen a korrózió elleni védelem érdekében.
Fém bevonatok
A bevonóanyagok lehetnek
olyan legyen, mint a tiszta fémek (Zn, Cd,
Al, Ni, Cu, Cr, Ag) és ötvözeteik
(bronz, sárgaréz).
Viselkedésük természeténél fogva
bevonatok vannak osztva
katódos és anódos

KATÓDOS FÉM BEVONATOK

A katódos bevonatok közé tartoznak a bevonatok, az elektródák
akiknek adott környezetben a potenciálja több
pozitív érték, mint az alapfém potenciálja.
Acél (Fe) esetében a katódbevonat réz lesz,
nikkel, ezüst.
Anód (-) Fe / O2, H2O, NaCl / Cu (+) katód
_
A: Fe 0 - 2e → Fe 2+
_
K: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
Ha a katód sérült
lefedettség történik
oxigén depolarizáció
galvanikus cella be
_
+
0
2Н + 2е → Н2
mely oxidáció lép fel
hidrogén depolarizáció
fő anyag.
Ezért a katódos bevonat megvédheti a termékeket
csak pórusok és repedések hiányában, pl. amikor nem sértik meg
a bevonat integritása.

ANÓDOS FÉM BEVONATOK

Az anódos bevonatok negatívabb potenciállal rendelkeznek,
mint az alapfém potenciálja.
Például: bevonat
acél (Fe) cinkkel – az alapfém ebben az esetben az lesz
katód, és nem korrodálódik.
Anód (-) Zn / O2, H2O, NaCl / Fe (+) katód
_
A: Zn 0 - 2e → Zn 2+
_
K: O2 + 2H2O + 4e → 4OH oxigéndepolarizáció
_
2Н+ + 2е → Н20
hidrogén depolarizáció
at
kár
anód
bevonatok
felmerül
galvanikus cella, amelyben oxidáció történik
bevonat, és az alapanyag változatlan marad addig
a bevonat teljes feloldódása.

FÉM VÉDŐBEVONATOK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MÓDSZEREI

Elektrokémiai (galvanizálás).
Fémezés (merítés olvadt fémbe).
Termikus diffúzió
út
(Mert
fogadása
hőálló bevonatok: Al – alumínium, Si –
szilikonozás, Cr – krómozás, Ti – titánozás).
at emelkedett hőmérséklet a termék belemerül
por
fém,
melyik
van
bevonat.
A felvitt fém diffúziója megtörténik az alapba
fém.
Kémiai.
Termék
hely
V
megoldás,
bevonó fémionokat és redukálószert tartalmaz. IN
eredmény
redox
reakciók
a fémionok szabaddá redukálódnak
fém Így fémekre és nemfémekre alkalmazzák
ezüst, réz, nikkel és palládium bevonatok.

NEM FÉMES BEVONATOK

A nem fémes bevonatok védő tulajdonságai abban rejlenek
fém izolálása a környezettől.
Ilyen bevonatok lehetnek
legyen:
szervetlen zománcok,
festékbevonatok,
gyanta bevonatok,
műanyagok,
polimer fóliák,
gumi.

ELEKTROKÉMIAI VÉDELEM. VÉDŐK

A módszer az anódos vagy katódos gátláson alapul
korróziós folyamatok.
Katódos védelem – a termék (-) külső csatlakozóhoz csatlakozik
áramforrás, ez lesz a katód, és általában az anód
A segédelektróda (általában acél) segédelektródaként szolgál.
Ha a segédanód fémből készült,
amelynek
több
negatív
potenciális,
hogyan
a fém védve van, akkor az áram nincs csatlakoztatva. IN
a keletkező galvánelem feloldja az anódot, és
a termék nem korróziónak kitéve.
Az ilyen elektródákat protektoroknak nevezik (magnézium és annak
ötvözetek, cink, alumínium).
Anódos védelem - anódos polarizáció létrehozásából áll
a külső áram miatt (rozsdamentes acél védelem
acél kénsavban).

A KORROZÍV KÖRNYEZET TULAJDONSÁGÁNAK VÁLTOZÁSA

VEL
cél
csökkentés
maró hatású
tevékenység
környezet
feldolgozását végezze el.
Például:
törlés
oxigén
(forró
megoldás;
inert gázzal buborékoltatva; segítségével visszaállítja
megfelelő redukálószerek - szulfitok, hidrazin);
a H+-ionok koncentrációjának csökkenése
- lúgosítás
megoldás
IN utóbbi években széles körben korrózióvédelemre
inhibitorokat alkalmaznak.

INHIBITOROK

Inhibitor – a sebességet csökkentő anyagot ún
korrózió.
Inhibitorokat olyan rendszerekben használnak, amelyek a
állandó vagy enyhén változó hangerő.
A gátló hatás legvilágosabban a
a következő típusú vegyületek: aminok, nitrogéntartalmú
heterociklusos vegyületek, szulfidok, aldehidek,
merkaptánok.
A felhasználási feltételek szerint az inhibitorok a következőkre oszthatók:
vizes oldatok inhibitorai (savas, lúgos
és semleges környezethez);
„illékony inhibitorok” – a légköri hatásokkal szembeni védelem érdekében
korrózió (aminok vegyületei nitrogénnel, szénnel vagy
krómsavak.)

AZ INHIBITOROK HATÁSMECHANIZMUSA

Az inhibitorok hatásmechanizmusa az adszorpció
azokat a korrodáló felületen és azt követően
katódos és anódos folyamatok gátlása.
Anódos inhibitorok – oxidálószerek (NO2-, NO3-, CrO42-, PO43-).
Ugyanakkor a fém stabilan passzívvá válik
állami.
Katód inhibitorok - csökkentik a katód sebességét
feldolgozni vagy csökkenteni a katódszakaszok területét.
Kén-, nitrogén- és
oxigén (dietil-amin, methenamin, hidrazin).
avtovsamare.ru - Vállalkozásom - Franchise. Értékelések. Sikertörténetek. Ötletek. Munka és oktatás

FS 77 - 57771 számú, 2014.04.18-i keltezésű tömegtájékoztatási eszköz regisztrációs igazolása.
Copyright © 2006-2017. Az oldal összes anyaga szerzői jogvédelem alatt áll
A "BusinessGarant" sajtóorgánumot a Szövetségi Kommunikációs, Információs Technológiai és Tömegkommunikációs Felügyeleti Szolgálat regisztrálta.