Acasă Povesti de succes Proprietățile chimice ale metalelor coroziunea metalelor. Coroziunea metalelor

Proprietățile chimice ale metalelor coroziunea metalelor. Coroziunea metalelor

Elemente cu metal proprietățile sunt situate în IA–VIA grupele sistemului periodic (Tabelul 7).

Metalele sunt, de asemenea, toate elementele aflate în IB - VIIIB-grupuri ( metale de tranziție).

În prezent există 92 de metale în Sistemul Periodic.

tipic metalele sunt elemente s (elemente ale grupului IA de la Li la Fr, elemente ale grupului IIA de la Mg la Ra). Formula electronică generală a atomilor lor este ns 1–2. Ele sunt caracterizate prin stări de oxidare +I și respectiv +II.

Un număr mic de electroni (1–2) în nivelul de energie exterior al atomilor tipici de metal sugerează o pierdere ușoară a acestor electroni și manifestarea unor proprietăți reducătoare puternice, care reflectă valori scăzute electronegativitatea. Aceasta implică proprietățile chimice limitate și metodele de obținere a metalelor tipice.

trăsătură caracteristică metalele tipice este dorința atomilor lor de a forma cationi și legături chimice ionice cu atomii nemetalici. Compușii tipici ai metalelor cu nemetale sunt cristale ionice „anion metalic al nemetalului”, de exemplu K + Br -, Ca 2 + O 2 -. Cationii metalici tipici sunt de asemenea incluși în compușii cu anioni complecși - hidroxizi și săruri, de exemplu Mg2+ (OH-)2, (Li +)2CO32-.

Metalele din grupul A care formează diagonala amfoteră în tabelul periodic Be-Al-Ge-Sb-Po, precum și metalele adiacente acestora (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) nu prezintă în mod tipic metale. proprietăți. Formula electronică generală a atomilor lor ns 2 np 0–4 implică o varietate mai mare de stări de oxidare, o capacitate mai mare de a-și păstra propriii electroni, o scădere treptată a capacității lor reducătoare și apariția unei capacități de oxidare, în special în grade înalte oxidare (exemplele tipice sunt compușii Tl III, Pb IV, Biv). Comportamentul chimic similar este, de asemenea, caracteristic pentru majoritatea elementelor d, adică elementelor grupelor B ale sistemului periodic ( exemple tipice sunt elemente amfotere Cr şi Zn).

Această manifestare a proprietăților dualității (amfotere), atât metalice (de bază), cât și nemetalice, se datorează naturii legăturii chimice. În stare solidă, compușii metalelor atipice cu nemetale conțin predominant legături covalente (dar mai puțin puternice decât legăturile dintre nemetale). În soluție, aceste legături se rup ușor, iar compușii se disociază în ioni (complet sau parțial). De exemplu, galiu metal constă din molecule Ga 2, în stare solidă clorurile de aluminiu și mercur (II) AlCl 3 și HgCl 2 conțin legături puternic covalente, dar într-o soluție AlCl 3 se disociază aproape complet, iar HgCl 2 - la o cantitate foarte mică măsura (și apoi la ionii HgCl + și Cl -).

În formă liberă, toate metalele sunt solide, cu excepția unuia - mercur Hg, care este lichid în condiții normale. Predominant in cristale metalice un fel deosebit comunicatii ( metalic conexiune); electronii de valență sunt legați lex de un anumit atom din rețea, iar în interiorul metalului există așa-numitul electronic gaz. Toate metalele au conductivitate electrică ridicată (cel mai mare y Ag, Cu, Au, Al, Mg) și conductivitate termică. Există metale cu punct de topire scăzut (cesiu Cs cu un punct de topire de 28,7 ° C se topește din căldura mâinii) și, dimpotrivă, metale foarte refractare (wolfram W se topește doar la 3387 ° C). O proprietate distinctivă a metalelor este ductilitatea lor (ductilitatea), ca urmare a căreia acestea pot fi laminate în foi subțiri - folie (Sn, Al, Au) sau trase în sârmă (Cu, Al, Fe), cu toate acestea, există și metale foarte fragile (Zn, Sb, Bi).

În industrie, nu se folosesc adesea metale pure, ci amestecurile lor - aliaje,în care proprietăţile benefice ale unui metal sunt completate de proprietăţile benefice ale altuia. Deci, cuprul are o duritate scăzută și este de puțin folos pentru fabricarea pieselor de mașini, în timp ce aliajele de cupru cu zinc ( alamă) sunt deja destul de dure și sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică. Aluminiul are ductilitate mare și ușurință suficientă (densitate scăzută), dar este prea moale. Pe baza acestuia se prepară un aliaj cu magneziu, cupru și mangan - duraluminiu (duralumin), care, fără a pierde proprietăți utile aluminiu, capătă duritate mare și devine potrivit în industria aeronautică. Aliajele de fier cu carbon (și aditivii altor metale) sunt cunoscute pe scară largă fontăȘi oţel.

Metalele în formă liberă sunt agenţi reducători. Cu toate acestea, reactivitatea unor metale este scăzută datorită faptului că sunt acoperite cu peliculă de oxid de suprafață rezistență în diferite grade la acțiunea unor astfel de reactivi chimici precum apa, soluțiile de acizi și alcalii.

De exemplu, plumbul este întotdeauna acoperit cu o peliculă de oxid; tranziția lui în soluție necesită nu numai expunerea la un reactiv (de exemplu, acid azotic diluat), ci și încălzire. Filmul de oxid de pe aluminiu împiedică reacția acestuia cu apa, dar este distrus sub acțiunea acizilor și alcalinelor. Film de oxid liber (rugini), format pe suprafața fierului în aer umed, nu interferează cu oxidarea ulterioară a fierului.

Sub influenta concentrat pe metale se formează acizi durabil peliculă de oxid. Acest fenomen se numește pasivare. Deci, în concentrat acid sulfuric pasivate (și apoi nu reacționează cu acidul) precum metale precum Be, Bi, Co, Fe, Mg și Nb și în concentrație acid azotic– metale Al, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th și U.

Atunci când interacționează cu agenții oxidanți în soluții acide, majoritatea metalelor se transformă în cationi, a căror sarcină este determinată de starea de oxidare stabilă a unui element dat în compuși (Na +, Ca 2+, Al 3+, Fe 2+ și Fe 3 ). +).

Activitatea reducătoare a metalelor într-o soluție acidă este transmisă printr-o serie de solicitări. Majoritatea metalelor sunt transformate într-o soluție cu acizi clorhidric și sulfuric diluat, dar Cu, Ag și Hg - numai cu acizi sulfuric (concentrat) și azotic, iar Pt și Au - cu „aqua regia”.

O proprietate chimică nedorită a metalelor este coroziunea lor, adică distrugerea activă (oxidarea) la contactul cu apa și sub influența oxigenului dizolvat în aceasta. (coroziune cu oxigen). De exemplu, coroziunea produselor din fier în apă este larg cunoscută, în urma căreia se formează rugina, iar produsele se sfărâmă în pulbere.

Coroziunea metalelor apare în apă și datorită prezenței gazelor CO 2 și SO 2 dizolvate; se creează un mediu acid, iar cationii H + sunt înlocuiți de metale active sub formă de hidrogen H 2 (coroziunea cu hidrogen).

Punctul de contact dintre două metale diferite poate fi deosebit de corosiv. (coroziunea de contact).Între un metal, cum ar fi Fe, și un alt metal, cum ar fi Sn sau Cu, plasat în apă, apare un cuplu galvanic. Fluxul de electroni merge de la metalul mai activ, care se află la stânga în seria de tensiune (Fe), la metalul mai puțin activ (Sn, Cu), iar metalul mai activ este distrus (corodează).

Din această cauză suprafața cositorită ruginește. conserve(fier placat cu staniu) atunci când este depozitat într-o atmosferă umedă și manipulat cu neatenție (fierul se strică rapid după ce este introdusă chiar și o zgârietură mică, permițând fierului să intre în contact cu umezeala). Dimpotrivă, suprafața galvanizată a unei găleți de fier nu ruginește mult timp, deoarece chiar dacă există zgârieturi, nu fierul corodează, ci zincul (un metal mai activ decât fierul).

Rezistența la coroziune pentru un metal dat este îmbunătățită atunci când este acoperit cu un metal mai activ sau atunci când acestea sunt topite; de exemplu, acoperirea fierului cu crom sau realizarea unui aliaj de fier cu crom elimină coroziunea fierului. Fier cromat și oțel care conțin crom (oţel inoxidabil), au rezistență ridicată la coroziune.

Sunt comune modalități de a obține metale in industrie:

electrometalurgie, adică obținerea de metale prin electroliza topiturii (pentru cele mai active metale) sau a soluțiilor sărate;

pirometalurgie, adică recuperarea metalelor din minereuri la temperatură ridicată (de exemplu, producția de fier în procesul de furnal);

hidrometalurgie, adică izolarea metalelor din soluțiile sărurilor lor de către metale mai active (de exemplu, producția de cupru dintr-o soluție de CuSO4 prin acțiunea zincului, fierului sau aluminiului).

Uneori găsit în natură metale native(exemplele tipice sunt Ag, Au, Pt, Hg), dar mai des metalele sunt sub formă de compuși ( minereuri metalice).În funcție de prevalența în scoarța terestră, metalele sunt diferite: de la cele mai comune - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti până la cele mai rare - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

DEFINIȚIE

În contact cu mediul înconjurător, multe metale, precum și aliajele pe bază de metale, pot fi distruse din cauza interacțiunii chimice (OVR cu substanțe din mediu inconjurator). Un astfel de proces se numește coroziune.

Distingeți coroziunea în gaze (coroziunea gazelor), care apare atunci când temperaturi mariîn absența umidității pe suprafețele metalice și coroziune electrochimică (coroziune în soluții de electroliți, precum și coroziune în atmosferă umedă). Ca urmare a coroziunii gazelor, pe suprafața metalelor se formează oxid, sulfură etc. filme. Fitingurile pentru cuptor, piesele motoarelor cu ardere internă etc. sunt expuse acestui tip de coroziune.

Ca urmare a coroziunii electrochimice, oxidarea metalului poate duce atât la formarea de produse insolubile, cât și la trecerea metalului în soluție sub formă de ioni. Conductele situate în pământ, părțile subacvatice ale navelor etc. sunt expuse acestui tip de coroziune.

Orice soluție de electrolit este o soluție apoasă, iar apa conține oxigen și hidrogen care pot fi reduse:

O 2 + 4H + + 4e \u003d 2H 2 O (1)

2H + +2e=H 2 (2)

Aceste elemente sunt agenți oxidanți care provoacă coroziune electrochimică.

Când scrieți procesele care au loc în timpul coroziunii electrochimice, este important să luați în considerare potențialul standard al electrodului (EP). Deci, într-un mediu neutru, EC al procesului 1 este de 0,8V, prin urmare, metalele a căror EC este mai mică de 0,8V (metale situate în seria de activitate de la început până la argint) suferă oxidare cu oxigen.

EP al procesului 2 este de -0,41V, ceea ce înseamnă că doar acele metale al căror potenţial este mai mic de -0,41V (metale situate în seria de activitate de la începutul său până la cadmiu) sunt supuse oxidării hidrogenului.

Viteza de coroziune este foarte influențată de impuritățile pe care le poate conține un anumit metal. Deci, dacă metalul conține impurități de natură nemetalice, iar EC lor este mai mare decât EC a metalului, atunci viteza de coroziune crește semnificativ.

Tipuri de coroziune

Există mai multe tipuri de coroziune: atmosferică (coroziune în aer umed la n.c.), coroziune în sol, coroziune cu aerare neuniformă (accesul oxigenului în diferite părți ale unui produs metalic în soluție nu este același), coroziune de contact (de contact). din 2 metale, cu PE diferite într-un mediu în care este prezentă umiditatea).

În timpul coroziunii, pe electrozi (anod și catod) au loc reacții electrochimice, care pot fi scrise prin ecuațiile corespunzătoare. Deci, într-un mediu acid, coroziunea electrochimică are loc cu depolarizarea hidrogenului, adică. hidrogenul este eliberat la catod (1). Într-un mediu neutru, coroziunea electrochimică are loc cu depolarizarea oxigenului - apa este redusă la catod (2).

K (catod) (+): 2H + + 2e \u003d H 2 - recuperare (1)

A (anod) (-): Me - ne → Me n + - oxidare

K (catod) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - - reducerea (2)

În cazul coroziunii atmosferice, pe electrozi au loc următoarele reacții electrochimice (mai mult, pe catod, în funcție de mediu, pot apărea diverse procese):

A (anod) (-): Me→Me n + +ne

K (catod) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (în mediu alcalin și neutru)

K (catod) (+): O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (în mediu acid)

Protectie anticoroziva

Folosit pentru protecția împotriva coroziunii următoarele metode: utilizarea aliajelor rezistente chimic; protecția suprafeței metalelor prin acoperiri, care sunt cel mai adesea folosite ca metale care sunt acoperite în aer cu pelicule de oxid rezistente la acțiunea mediului extern; tratarea mediului corosiv; metode electrochimice (protectie catodica, metoda protector).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Exercițiu

Piesa este realizată dintr-un aliaj de fier și nichel. Ce metal se va coroda mai repede? Notați ecuațiile proceselor anodice și catodice în timpul coroziunii atmosferice. Valorile potențialelor standard ale electrodului E(Fe 2+ /Fe)= - 0,444V, E(Ni 2+ /Ni)= -0,250V.

Soluţie

În primul rând, metalele active (care au cele mai negative valori ale potențialelor standard ale electrodului) suferă coroziune, în acest caz este vorba de fier.

Coroziunea se numește de obicei distrugerea spontană a metalelor ca urmare a interacțiunii lor chimice și electrochimice cu Mediul externși transformarea lor în compuși stabili (oxizi, hidroxizi, săruri).

Strict vorbind, coroziunea este o combinație de procese redox care apar atunci când metalele intră în contact cu un mediu agresiv, ceea ce duce la distrugere. produse metalice. Un mediu agresiv înseamnă o atmosferă de oxid (prezența oxigenului în atmosfera Pământului o face să se oxideze), mai ales în prezența apei sau a soluțiilor de electroliți.

În funcție de mecanismul procesului, se disting coroziunea chimică și electrochimică a metalelor. Coroziunea chimică este o reacție chimică comună între atomii de metal și diferiți agenți oxidanți. Exemple de coroziune chimică sunt oxidarea la temperatură înaltă a metalelor cu oxigen, oxidarea suprafețelor de aluminiu în aer, interacțiunea metalelor cu clorul, sulful, hidrogenul sulfurat. H2S etc.

Coroziunea electrochimică apare în soluții, adică în principal atunci când metalele intră în contact cu soluțiile de electroliți, mai ales când metalele sunt în contact cu metale mai puțin active. Viteza de coroziune depinde în mod semnificativ de activitatea metalelor, precum și de concentrația și natura impurităților din apă. În apa pură, metalele aproape că nu se corodează, iar în contact cu metale mai active, chiar și în soluții de electroliți, nu se corodează.

Cauza coroziunii metalelor

Multe metale, inclusiv fierul, se găsesc în scoarța terestră sub formă de oxizi. Trecerea de la metal la oxid este un proces favorabil energetic, cu alte cuvinte, oxizii sunt compuși mai stabili decât metalele. Este nevoie de multă energie pentru a inversa procesul și a extrage metalul din minereu, așa că fierul tinde să se transforme înapoi în oxid - așa cum se spune, fierul ruginește. Ruginirea este un termen pentru coroziune, adică procesul de oxidare a metalelor sub influența mediului.

Ciclul metalelor din natură poate fi descris folosind următoarea diagramă:

Produsele metalice ruginesc deoarece oțelul din care sunt fabricate reacționează cu oxigenul și apa, care sunt conținute în atmosferă. În timpul coroziunii fierului sau oțelului, se formează forme hidratate de oxid de ferum(III) de diferite compoziții.(Fe 2 O 3 ∙ xH20). Oxidul este permeabil la aer și apă și nu formează un strat protector pe suprafața metalului. Prin urmare, coroziunea metalului continuă sub stratul de rugină care s-a format.

Când metalele intră în contact cu aerul umed, ele sunt întotdeauna supuse coroziunii, cu toate acestea, o mulțime de factori afectează rata de rugină. Printre acestea se numără următoarele: prezența impurităților în metal; prezența acizilor sau a altor electroliți în soluțiile care vin în contact cu suprafața fierului; oxigenul continut in aceste solutii.

Mecanismul coroziunii electrochimice a unei suprafețe metalice

În cele mai multe cazuri, coroziunea este un proces electrochimic. Pe suprafața metalului se formează celule electrochimice, în care diferite regiuni acționează ca regiuni de oxidare și regiuni de reducere.

Mai jos sunt două reacții ale procesului de ruginire redox:

Ecuația generală pentru reacția de coroziune a fierului poate fi scrisă după cum urmează:

Schematic, procesele care au loc pe suprafața fierului sau a oțelului în contact cu apa pot fi reprezentate astfel:

Concentrația de oxigen dizolvat într-o picătură de apă determină care zone de pe suprafața metalului sunt locul reducerii și care sunt locul oxidării.

La marginile picăturii, unde concentrația de oxigen dizolvat este mai mare, oxigenul este redus la ioni de hidroxid.

Electronii necesari pentru reducerea oxigenului se deplasează din centrul picăturii, unde sunt eliberați în timpul oxidării fierului și unde concentrația de oxigen dizolvat este scăzută. Ionii de fier intră în soluție. Electronii eliberați se deplasează de-a lungul suprafeței metalice până la marginile picăturii.

Cele de mai sus explică de ce coroziunea este cel mai pronunțată în centrul unei picături de apă sau sub un strat de vopsea: acestea sunt zone în care aportul de oxigen este limitat. Aici se formează așa-numitele „cochilii”, în care fierul intră în soluție.

Rugina ca atare apare ca urmare a unei secvențe de procese secundare în soluție, în care ionii de fier și ionii de hidroxid difuzează de pe suprafața metalului. Nu se formează un strat protector pe suprafață.

Activitatea reacției de reducere a oxigenului depinde de aciditatea mediului; prin urmare, coroziunea este accelerată într-un mediu acid. Orice amestec de sare, cum ar fi clorura de sodiu în spray-urile cu apă de mare, contribuie la formarea ruginii, deoarece crește conductivitatea electrică a apei.

Poate că problema coroziunii nu va fi niciodată complet rezolvată, iar cel mai mult la care se poate spera este să încetinești, dar să nu se oprească.

Metode de protecție împotriva coroziunii

Astăzi, există mai multe modalități de a preveni coroziunea.

Separarea metalului dintr-un mediu agresiv - vopsire, lubrifiere cu uleiuri, acoperire cu metale inactive sau email (I), Aducerea suprafeței metalelor în contact cu metale mai active (II). Utilizarea inhibitorilor de coroziune (inhibitori de coroziune) și aliajelor rezistente la coroziune (III).

I. Cel mai simplu mod de a proteja oțelul de coroziune este izolarea metalului de aerul atmosferic. Acest lucru se poate face cu ulei, grăsime sau un strat protector de vopsea.

Acoperirile de protecție din polimeri organici sunt acum utilizate pe scară largă. Acoperirea poate fi realizată în diferite culori și este suficient solutie flexibila probleme de coroziune. Chiar și o privire superficială asupra lucrurilor care ne înconjoară în viața de zi cu zi oferă o mulțime de exemple de astfel de soluție: un frigider, un uscător de vase, o tavă, o bicicletă etc.

II. Uneori, fierul este acoperit cu un strat subțire de alt metal. Unii producători fac caroserii auto din oțel cu acoperire zincată zincată. Cu acest tratament, se formează un strat de oxid de zinc care este ferm lipit de bază, iar dacă stratul galvanic nu este deteriorat, protejează bine de rugină.

Chiar dacă o astfel de acoperire este deficitară, corpul de oțel al mașinii este încă protejat de deteriorarea rapidă, deoarece în acest sistem zincul este cel care corodează mai mult decât fierul, deoarece zincul este un metal mai activ decât fierul. În acest caz, zincul este sacrificat. Una dintre cele mai timpurii propuneri de utilizare a metalelor de rulare („sacrificiale”) a fost făcută în 1824 pentru a proteja împotriva coroziunii placarea metalică a carenelor bărcilor marine.

Astăzi, blocurile de zinc sunt folosite pentru protecția împotriva coroziunii. platforme petroliereîn mări: coroziunea din structurile de oțel complexe costisitoare se traduce în bucăți de metal care sunt ușor de înlocuit. Care este principiul unei astfel de protecție? Să o ilustrăm cu o diagramă.

La intervale regulate de-a lungul întregului suport care se află în mare, sunt atașate blocuri de zinc. Deoarece zincul este mai activ decât fierul (situat la stânga în seria electrochimică de tensiuni), zincul este predominant oxidat, iar suprafața fierului este predominant neatinsă. În principiu, orice metal situat în stânga fierului din seria de tensiune electrochimică poate fi folosit pentru a proteja produsele din oțel.

Un principiu similar este folosit pentru a proteja structurile din beton armat ale clădirilor rezidențiale, în care toate barele de fier sunt legate între ele și conectate la o bucată de magneziu îngropată în pământ.

III. O soluție foarte comună la problema protecției împotriva coroziunii este utilizarea aliajelor rezistente la coroziune. Multe produse din oțel utilizate în viața de zi cu zi, în special cele care sunt în contact permanent cu apa: vase de gătit, linguri, furculițe, cuțite, cuve pentru mașini de spălat, etc. - din otel inoxidabil, care nu necesita protectie suplimentara.

Oțelul Іrzhostіyku a fost inventat în 1913 de un chimist din Sheffield Harry Briarley. El cerceta uzura rapidă a țintei țevilor de arme și a decis să încerce oțel cu conținut ridicat de crom pentru a vedea dacă este posibil să continue viața armei în acest fel.

De obicei, la analiza oțelului, proba a fost dizolvată în acid. Briarley, efectuând o astfel de analiză, a întâmpinat dificultăți neașteptate. Oțelul său, cu un conținut ridicat de crom, nu s-a dizolvat. De asemenea, a observat că mostrele rămase în laborator și-au păstrat luciul inițial. Briarley și-a dat seama imediat că a inventat oțel rezistent la coroziune.

Invenția lui Harry Briarley a intrat în prejudecăți. Unul dintre cei mai mari producători de ustensile metalice din Sheffield a considerat ideea lui Briarley „ca fiind contrară naturii”, iar un altul a afirmat că „rezistența la coroziune nu este o virtute atât de mare pentru cuțitele care, prin natura lor, necesită curățare după fiecare utilizare”. Astăzi, considerăm de la sine înțeles că mâncărurile își păstrează strălucirea și nu sunt atacate de acizii găsiți în alimente.

oţel inoxidabil oțelul nu se corodează deoarece pe suprafața sa se formează o peliculă de oxid de crom (III). Spre deosebire de rugina, acest oxid nu este atacat de apă și este ferm lipit de suprafața metalică. Cu o grosime de doar câțiva nanometri, pelicula de oxid este invizibilă cu ochiul liber și nu ascunde luciul natural al metalului. În același timp, este impermeabil la aer și apă și protejează metalul. În plus, dacă răzuiești pelicula de suprafață, aceasta se va recupera rapid.

Din păcate, oțelul inoxidabil este scump și trebuie să ținem cont de acest lucru atunci când alegem ce oțel să folosim. În tehnologia modernă, cel mai des folosit fier oțel din această compoziție: 74% fier, 18% crom, 8% nichel.

Deoarece utilizarea oțelului inoxidabil nu este întotdeauna justificată din punct de vedere economic, precum și utilizarea straturilor protectoare de lubrifianți și vopsele, astăzi este destul de des folosit pentru a acoperi produsele din fier cu un strat subțire de zinc (fier galvanizat) sau cositor (fier ludzhene). ). Acesta din urmă este foarte des folosit la fabricarea conservelor.

Metoda de protejare a conservelor prin acoperirea suprafeței interioare de metal cu cositor a fost propusă de englezul Peter Durand. Cu o astfel de protecție, conservele rămân potrivite pentru consum mult timp. Din păcate, producția de conserve și băuturi nu este lipsită de provocări. Produse diferite creează un mediu diferit în interiorul cutiei, care afectează metalul în mod diferit și poate provoca coroziune.

La începutul secolului al XX-lea a început să se producă bere conservată. in orice caz Produs nou nu a fost un succes fulgerător, iar motivul a fost că malurile crăpau din interior. Stratul subțire de tablă care acoperea borcanele ieșea foarte rar solid. Cel mai adesea avea defecte minore. Într-o soluție apoasă, fierul se oxidează mai repede decât staniul (din cauza activității sale mai mari). Ioni de fier Fe2+ dizolvat în bere (care în general este un bun remediu pentru anemie) și a dat băuturii un gust metalic și, în plus, i-a redus transparența. Acest lucru a redus popularitatea berii conservate. Cu toate acestea, producătorii au reușit să depășească această problemă după ce au început să acopere interiorul conservelor cu un lac organic special inert.

Fructele conservate conțin acizi organici, cum ar fi acidul citric. În soluție, acești acizi promovează legarea ionilor de staniu sn 2+ și astfel crește viteza de dizolvare a stratului de staniu, prin urmare, în fructele conservate (piersici, etc.), în principal staniul se corodează. Ionii de staniu, care intră în alimente în acest fel, nu sunt toxici. Nu schimbă semnificativ gustul fructelor conservate, cu excepția faptului că le dau un postgust picant. Cu toate acestea, dacă un astfel de borcan este păstrat prea mult timp, pot apărea probleme. Stratul subțire de staniu, care este oxidat, se prăbușește în cele din urmă sub influența acizilor organici și începe să corodeze stratul de fier destul de repede.

Universitatea Tehnică de Stat din Omsk
Departamentul „Chimie”
Novgorodtseva L.V.
CHIMIE GENERALĂ
Proprietăți chimice metale.
Coroziunea metalelor.
Lectura
Preluare cu diapozitive multimedia
©OmSTU, 2014

Distribuția metalelor în natură

METALELE ÎN NATURĂ. CLARK.

Numărul Claark (sau clarks de elemente, mai des spun ei
pur și simplu clarke element) - numere care exprimă media
conţinut elemente chimiceîn pământ
scoarță, hidrosferă, Pământ, spațiu
corpuri, sisteme geochimice sau cosmochimice etc.,
raportat la masa totală a acestui sistem.
Exprimat în % sau g/kg.
Cel mai
distribuite din
metale din pământ
latra
Aluminiu
Al-
8,45% (masă)
Fier
Fe-
4,4% (greutate)
Calciu
Ca-
3,3% (greutate)
Sodiu
N / A-
2,6% (masă)
Magneziu
mg-
2,1% (masă)
Titan
Ti-
0,61% (masă)

CEI CEL MAI OBLIGAȚI COMPUȘI METALICI DIN NATURĂ

Dintre compușii metalici naturali, cei mai mulți
oxizii sunt frecventi.
Fe2O3 - hematit; Fe3O4 - minereu de fier magnetic, magnetit;
Cu2O - cuprit; Al2O3 - corindon; TiO2 – rutil, anatază, brookit;
MnO2 - piroluzit; SnO2 - casiterită etc.
Sulfuri larg răspândite cu activitate scăzută
metale: NiS; CuS; ZnS; PbS; FeS2.
Sub formă de halogenuri: - fluoruri, cloruri - alcaline și
metale alcalino-pământoase.
Sub formă de carbonați - metale ușoare - Mg, Ca (CaCO3).
Sub formă de sulfați - metale active Na, Ca, Ba, Mg (Na2SO4).
Sărurile metalice solubile se găsesc în apa oceanelor, mărilor, lacurilor.

Obținerea metalelor

Extragerea metalelor din minereuri

Majoritatea metalelor se găsesc în natură sub formă
compuși cu alte elemente, în principal sub formă de minereuri.
În stare liberă (pepite)
a găsit aur și platină și
argint și cupru - în parte; Uneori
dă peste mercur nativ
alte metale.
Au și Pt sunt exploatate prin mine
separarea mecanică de rocă,
în care sunt închise (ex.
spălare), sau prin extracție
le din rocă cu diverși reactivi
urmată de extragerea din
soluţie

PIROMETALURGIE

Obținerea metalelor din minereurile lor
recuperare la mare
temperaturile
Restauratori
Carbon (cocs)
PbO + C = Pb + CO
monoxid de carbon
(II)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Hidrogen
MnO2 + 2H2 = Mn + 2H2O
hidrotermie
Mai activ
metal
(metalotermie)
Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3
aluminotermie
TiCI4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
magneziutermie
carbotermie

HIDROMETALURGIE

Dizolvarea naturalului
compuși sub formă de apă
solutii folosind diverse
reactivi urmat de
eliberare de metal din
soluţie. Procesul continuă
temperaturi normale.
Agenți reducători - activi
metale sau electroni
Aurul este extras din minereuri folosind cianura de potasiu și
apoi reconstituit cu zinc pulbere
2K + Zn → K2 + 2Au
Metalul se obține într-o stare fin divizată

ELECTROMETALURGIE

Electrometalurgie - obţinerea metalelor din apă
solutii sau topituri folosind curent electric
(prin electroliza)
Electroliză solutii apoase: pentru a obţine metale slab active
CuSO4 + H2O → Cu0 + H2SO4 + O2
Catod (-): Cu2+ + 2e- → Cu0
Anod (+): 2H2O - 4e- → O2 + 4H+
Electroliza topiturii: pt
obţinerea metalelor active
2NaCltop → 2Na0 + Cl20
Catod (-): Na+ + 1e- → Na0
Anod (+): 2Cl- - 2e- → Cl20

METODA DE FLOTARE

Flotația este o metodă bazată pe
umectare diferită a suprafeței
apă minerală.
Exemplu: un minereu format din metal sulfuros și gol
roci, zdrobite, umplute cu apă, adăugând o polaritate scăzută
materie organică (pentru a forma spumă) și un mic
cantitatea de reactiv „colector” care este adsorbită
suprafața mineralului. Un jet este trecut prin amestec de jos
aer. Ca rezultat, particule minerale cu un strat de molecule
„Colectorii” se lipesc de bule de aer, iar particulele sunt goale
pietrele umezite cu apă se scufundă în fund. Apoi spuma
colectați, stoarceți și obțineți minereu cu un conținut ridicat
metal.

METODĂ MAGNETICĂ

Separarea magnetică este utilizată pentru valorificarea minereurilor care conțin
minerale cu sensibilitate magnetică relativ mare. Lor
includ magnetită, franklinită, ilmenită și pirotita, precum și
alte minerale de fier ale căror suprafeţe pot fi
date fiind proprietăţile dorite prin arderea la temperatură scăzută.
Separarea se realizează atât în apă,
cât şi într-un mediu uscat. Separare uscată
mai potrivit pentru cereale mari,
umed – pentru nisipuri cu granulație fină și
slimes. Separator magnetic obișnuit
este un dispozitiv care
strat de minereu gros de câteva boabe
se mișcă continuu într-un magnetic
camp. Particulele magnetice sunt extrase
din curgerea boabelor prin bandă şi sunt colectate pt
procesare ulterioara; nemagnetice
particulele rămân în flux.

Natura legăturii chimice în metale

PROPRIETĂȚI FIZICE GENERALE

Conductivitate electrică ridicată, conductivitate termică ridicată,
plasticitate, adică capacitatea de a se deforma
temperaturi obișnuite și ridicate, fără să se prăbușească.
Datorită acestei proprietăți, metalele
poate fi forjat, laminat,
sârmă (desen),
ștampilarea.
Metalele sunt inerente
de asemenea metalice
strălucire din cauza
capacitatea lor
reflectă bine lumina.

METALELE. SEMICONDUCTORI. DIELECTRIC. TEORIA ZONELOR.

LEGĂTURĂ DE METAL

Capacitatea electronilor de a se mișca liber printr-un cristal
și transferul de energie dintr-o parte a acesteia în alta servește
motivul conductivității termice și electrice ridicate a metalelor
Electroni de valență care realizează legături chimice
nu aparțin a doi sau mai mulți atomi specifici,
ci la întregul cristal metalic. În același timp, electroni de valență
capabil să se miște liber în interiorul cristalului.
astfel educat
o legătură chimică se numește
legatura metalica.
Setul de „gratuit”
electroni în metal prin gazul de electroni

Proprietățile chimice ale metalelor

Electrod standard de hidrogen

Pentru a construi o scară numerică a electrodului
potențialele au nevoie de potențialul oricărui electrod
procesul este considerat egal cu zero. Ca reper pentru
Pentru a crea o astfel de scară, se adoptă procesul cu electrozi:
2H+ + 2e- = H2
Electrod cu hidrogen
placa de platina,
acoperite electrolitic
spongios platinat si scufundat
în soluție de acid sulfuric 1M,
prin care bule
hidrogen gazos
presiune 1 atmosferă.
Pe suprafața de contact
platină cu soluție acidă
se stabileste un echilibru
proces:
2H+ +2e- ⇆ H2

TENSIUNE ELECTROCHIMICĂ SERIA METALELE

Potențialul electrodului de hidrogen este reprodus cu un foarte mare
precizie. Prin urmare, electrodul de hidrogen este acceptat ca
standard atunci când se creează o scară de potențiale de electrod.
Pentru a determina potențialul de
sau alt proces cu electrozi
trebuie să faci un galvanic
element
din
subiect
Și
standard
hidrogen
electrod și măsurați-i EMF.
Din moment ce potenţialul standardului
electrodul de hidrogen este zero,
Acea
măsurare
EMF
voi
introduce
tu
potenţial
proces cu electrozi.
Astfel, se obține o serie de tensiune electrochimică
metale. Deoarece măsurătorile sunt efectuate în raport cu hidrogenul
electrod, această serie se numește scară de hidrogen.

PROPRIETĂȚI DE RECUPERARE. ENERGIE DE IONIZARE

Slăbirea proprietăților de restaurare, activitate
Această serie se numește serie de tensiuni electrochimice.
metale. Energia de ionizare, determinată de poziție
metal în sistemul periodic. În electrochimic
într-o serie de tensiuni, un metal din stânga se poate deplasa
din soluții sau săruri topite, metal, stând în dreapta.

Folosind această serie, se poate prezice cum va fi metalul
se comportă în tandem cu ceilalți.
Include, de asemenea, în seria electrochimică de tensiune
hidrogen. Acest lucru ne permite să conchidem care
metalele pot înlocui hidrogenul din soluțiile acide.
De exemplu, fierul înlocuiește hidrogenul din soluții
acizi, deoarece este situat în stânga acestuia;
cuprul nu înlocuiește hidrogenul, deoarece este situat în dreapta
aceasta în seria de tensiuni a metalelor.

ACTIVITATEA METALELOR DUPĂ TENSIUNEA SERIA METALELOR

Li, K, Ba, Na, La, Mg, Lu, Be, Sc, Ti, Hf, Al, Zr, V, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd,
Co, Lu, Sn, W, Pb, H
Ge, Sb, Bi, Cu, Re, Ag, Pd, Hg, Pt, Au.
Toate metalele pot fi împărțite în grupuri:
metalele active sunt în seria de activitate înainte de Cd;
activitate medie - sunt în seria de la Cd la H;
Metalele inactive sunt în seria de activitate după N.

PROPRIETĂȚI CHIMICE GENERALE ALE METALELOR

Proprietățile chimice ale metalelor sunt determinate de:
structura atomilor lor,
tip de rețea cristalină.
Proprietatea principală și cea mai comună a metalelor este bună
agenţi reducători, adică donează cu ușurință electroni
Me0 - ne-→ Men+
Bazat pe un număr de potențiale standard ale electrodului
se poate trage o concluzie despre activitatea chimică a metalelor
Cu săruri, un metal mai activ (la stânga în rând
tensiuni ale metalelor) deplasează pe cel mai puțin activ din el
săruri: Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu

PROPRIETĂȚI GENERALE ALE METALELOR. INTERACȚIUNEA CU SUBSTANȚE SIMPLE

METAL
oxigen
oxizi, peroxizi,
superoxizi
halogeni
fluoruri, cloruri,
bromuri, ioduri
sulf
sulfuri
azot
nitruri
fosfor
fosfuri
hidrogen
hidruri
carbon
carburi
siliciu
siliciuri

Interacțiunea metalelor cu apa

INTERACȚIA METALELOR CU APA DIN PUNT DE VEDERE TERMODINAMIC

Interacțiunea metalelor cu apa are loc în funcție de reacția:
Me0 + H2O = MeOH + 1/2 H2

Ϥ0Roșu
Oxidant:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0Oh
Е= Ϥ0Ох - Ϥ0Roșu > 0
Ϥ0Ox > Ϥ0Roșu
Potențialul electrod standard al ionilor de hidrogen în apă
(pH = 7):
Ϥ0Ox \u003d -0,59.pH \u003d -0,41 V
Prin urmare, condiția pentru reducerea metalului cu apă poate fi
scrie sub forma:
Ϥ0Roșu< -0,41 В
Acestea. cu apa, inlocuind hidrogenul din ea, interactioneaza toate
metale până la Cd, electrod standard
al cărui potențial este mai mic de -0,41 V.

INTERACȚIA METALELOR CU APA

Metale active (metale de la începutul seriei de activitate până la Mg) cu
apa dă hidroxizi și hidrogen:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Metalele cu activitate medie (de la Mg la H2) dau oxizi si
hidrogen (când este încălzit):
CU apa fierbinte reacţionează metalele aflate în seria de la Mg la Cd:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Temperatura de reacție t = 100 °С
Temperatura de reacție t = 700 °С
Unele dintre metalele localizate
între Mg și Cd, de exemplu, Zn, Al sunt acoperite cu oxid protector
(ZnO, Al2O3) și nu se dizolvă în apă, adică. metalul nu este
activ pasiv). Fenomenul se numește pasivare a metalelor.
Metalele inactive nu reacţionează cu apa.

Interacțiunea metalelor cu acizii

INTERACȚIUNEA CU ACIZI

Acizii diluați sunt agenți oxidanți datorită
hidrogen
Agent reducător: Me0 - ne-→ Men+
Ϥ0Roșu
Oxidant:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0Ох = Ϥ0 2H+/H2 = 0
Е= Ϥ0Ох - Ϥ0Roșu > 0
Ϥ0Ox > Ϥ0Roșu
Ϥ0Roșu< 0 В
Mg0 + 2HCI → MgCl2 + H2
Metale din seria de tensiuni a metalelor până la
hidrogenul îl înlocuiește de la acizi (excepții:
acid sulfuric concentrat, acid azotic orice
concentraţie).

PASIVAREA METALELOR CU ACIZI

Uneori insolubil sau ușor solubil
produse care inhibă reacția.
De exemplu, plumbul Pb nu se dizolvă în sulfuric diluat
acid şi clorhidric, deoarece Se formează PbSO4 și PbCl2, care nu sunt
se dizolvă în apă și inhibă oxidarea.
Pb + 2HCI = PbCI2 + H2
Efect de pasivare datorită formării unei pelicule protectoare pe
suprafață, încetinind reacția
observat la alte metale.
Cel mai adesea, produsele sunt formate prin interacțiune cu
următorii acizi: H3PO4, H2SO3, H2CO3, HCN, HF.

TABEL DE SOLUBILITATE

INTERACȚIA METALELOR CU ACID SULFURIC CONCENTRAT

În acid sulfuric concentrat ca agent oxidant
sulful acționează în starea de oxidare +6, care este inclusă în
compoziția ionului sulfat SO42-.
Acidul sulfuric concentrat oxidează totul
metale al căror potenţial standard de electrod este
mai puțin de 0,36 V, valoarea maximă a electrodului
potențial în procesele cu electrozi care implică sulfatarea SO42-.
Acidul sulfuric concentrat se reduce la
următoarele produse
H2S+6O4 (c) → S+4O2 → S0 → H2S2-

INFLUENȚA ACTIVITĂȚII METALELOR ÎN INTERACȚIUNEA CU ACIDUL SULFURIC CONCENTRAT

Metalele active reacţionează cu acidul, reducându-l
la hidrogen sulfurat
5H2S6+O4(k) + 4Zn = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
Metalele inactive reacţionează cu acidul, reducând
ea la SO2
2H2S6+O4(k) + Cu0 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Acidul sulfuric concentrat pasivează metalele
activitate medie: Fe, Be, Cr, Co, Al. Pe o suprafață
se formează pelicule dense de oxid de metal:
3H2SO4(k) +2Fe = Fe2O3 + 3H2O +3SO2
Metalele Re, Mo, Tc, Ti, V interacţionează în conformitate cu
ecuaţie
2V + 5H2SO4 (k) \u003d 2HVO3 + 5SO2 + 4H2O

PUTEREA OXIDANȚĂ A ACIDULUI NITRIC

Reziduu acid al acidului azotic (orice concentrație)
are o mare putere de oxidare.
Azotul acționează ca un agent oxidant în acidul azotic.
stări de oxidare +5.
Acidul este redus la următoarele produse:
HN5+O3 → N4+O2 → N2+O → N+2O → N20 → N3-H3
Gradul de recuperare este în creștere
Cu cât acidul este mai concentrat, cu atât mai adânc
ea isi revine.
Natura produșilor de reacție depinde atât de concentrație
acid și din activitatea metalului

METALE GRELE

Cunoscut
aproape
coţofană
variat
definiții
denumirea de metale grele și este imposibil de a indica unul dintre
ele ca fiind cele mai acceptate.
Criteriul utilizat poate fi o greutate atomică peste
50,
mai mult de 40 de metale sunt clasificate drept metale grele
sistem periodic D.I. Mendeleev: V, Cr, Mn, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi etc.
Densitatea este un alt criteriu utilizat în mod obișnuit.
aproximativ egală sau mai mare decât densitatea fierului (8 g/cm3),
Clasificare N. Reimers: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn,
Bi, Hg.
Există clasificări bazate pe altele
densitatea pragului sau greutatea atomică. niste
clasificările fac excepţii pentru nobili şi
metale rare, neclasându-le ca grele, unele
excludeți metalele neferoase (fier, mangan).

INTERACȚIA METALELOR GRE CU ACID NITRIC

În cazul interacțiunii metale grele Cu
acidul azotic concentrat este cel mai adesea
se eliberează oxid nitric (IV) NO2, cu diluat - oxid
azot (II) NR.
HNO3(dif) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
HNO3(conc) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
În cazul acidului azotic concentrat, cel mai adesea
se eliberează oxid nitric (IV) NO2, în cazul diluat -
oxid nitric (II) NR.

INTERACȚIUNEA METALELOR ALCALINE ȘI ALCALINE PĂMÂNTARE CU ACID AZOTIC

Acid azotic concentrat atunci când interacționează cu
alcalin (elementele grupului 1 al subgrupului principal: Li, Na,
K, Rb, Cs, Fr) și metale alcalino-pământoase (elementele 2
grupurile subgrupului principal (cu excepția Be, Mg): Ca, Sr, Ba, Ra)
redus la oxid nitric (I) N2O
HNO3(conc) + Ca0 → Ca+2(NO3)2 + N+2O + H2O
HNO3(razb) + Ca0 → N-3H4NO3 + Ca(NO3)2+ H2O
Diluați acidul azotic atunci când interacționați cu
metale alcaline, alcalino-pământoase, Zn, Fe
se reduce la azotat de amoniu NH4NO3.

INFLUENȚA GRADULUI DE OXIDARE A METALULUI. PASIVATIE

În funcție de natura chimică a metalului, următoarele
modele:
metale care au o stare scăzută de oxidare,
formează ionii corespunzători:
Mg0 + HNO3 (difer) → Mg(NO3)2 + NO + H2O
metale (W, Ti, V, Re, Tc), pentru care cele mai tipice
grad înalt
acizi:
oxidare,
format
conţinând oxigen
W0 + 2HNO3 (dec) → H2WO4 + NR
W0 + 6HNO3 (conc) → H2WO4 + 6NO2 + 2H2O
3Tc + 7HNO3 (diferență) → 3HTcO4 + 7NO + 2H2O
Acidul azotic de orice concentrație pasivează
metale: Fe, Cr, Al, Be, Bi, Ni la rece.

Puterea de oxidare a acidului azotic este sporită
prin adăugarea de acid fluorhidric la acesta.
sau acid clorhidric.
Aceste amestecuri dizolvă cele mai inactive metale.
21HF + 5HN+5O3 + Ta → 3H2-2 + 5NO + 10H2O

„Vodcă regală” - un amestec
acizi concentraţi HNO3
şi HCI într-un raport de 1:3.
Reprezintă un lichid
culoare galbenă cu miros de clor
oxizi de azot.

INTERACȚIUNE CU AMESTECURI DE ACIDE

„Vodca regală” dizolvă aurul și platina. Acțiunea ei
deoarece acidul azotic oxidează clorhidric
Cu
eliberarea de clor liber și formarea de clor
nitrozil N+3OCl:
HN+5O3 + 3HCI = CI2 + N+3OCl + 2H2O
Clorura de nitrozil este un produs intermediar al reacției și
se descompune:
2N+3OCl = 2NO + CI2
Clorul în momentul eliberării este format din atomi, ceea ce determină

Puterea mare de oxidare a acva regiei.
Au+ HN+5O3 + 3HCl →AuCl3 + NO + 2H2O
3Pt+ 4HN+5O3 + 12HCl →3PtCl3 + 4NO + 8H2O
Cu un exces de HCI, clorură de aur (III) și clorură de platină (IV).
formă compuși complecși H și H2
Au+ HN+5O3 + 4HCl → H + NO + 2H2O

Interacțiunea metalelor cu soluțiile apoase de alcalii

INTERACȚIA METALELOR CU SOLUȚIILE APOSE DE ALCALII

Metalele reacţionează cu soluţiile alcaline
predispus la formarea de complexe anionice, adică acestea
metale ai căror oxizi şi hidroxizi au
caracter amfoter:
Acestea sunt metale amfotere - Zn, Al, Be, Ga, Sn, Pb.
Mecanismul reacției (oxidarea este
din cauza moleculelor de apă)
Zn +2 H2O = Zn(OH)2↓ + H2
Zn(OH)2↓ +2 NaOH = Na2-2.

STABILITATEA COMPLEXELOR ANIONICE

Anionii complecși mai stabili precum [E(OH)n]x-,
cu atât reacția este mai ușoară. S-a observat că astfel de anioni
cel mai
rezistent
la
astfel de
metale
Cum
zinc,
aluminiu, beriliu, astfel încât se dizolvă ușor
în soluţii apoase de alcaline. Pentru fier, cobalt,
titan,
mangan
complexe
încet.
Nu
Și
rând
rezistent
alții
Și
metale
interacţiune
astfel de
merge

INTERACȚIUNEA METALELOR CU GRADE ÎNALTE DE OXIDARE CU SOLUȚIILE APOSE DE ALCALII

Interacționează cu alcalii și unele elemente d,
care, în prezenţa agenţilor oxidanţi, formează compuşi cu
stări de oxidare ridicate. Vanadiu, wolfram, crom,
De exemplu,
V
topit
alcalii
sunt oxidate
oxigen la vanadați - Me3VO4, la tungstate - Me2WO4
și în cromați – Me2СrO4, respectiv:
2W + 4NaOH + 3O2 = 2Na2WO4 + 2H2O

DISOLUȚIA ALUMINIUULUI ÎN SOLUȚIE APOSĂ DE ALCALINE

Aluminiul nu interacționează cu apa, deși este activ
metal. Motivul inerției aluminiului este formarea
pe suprafaţa sa sub acţiunea oxigenului atmosferic în mod obişnuit
conditii peliculă de oxid Al2O3, care are un foarte puternic
actiune protectoare. Alcalii adăugati dizolvă oxidul
film cu formarea de hidroxoaluminat și creează posibilitatea
interacțiunea directă a aluminiului cu apa.
Reacția se desfășoară conform schemei:
1.Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na
2. 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
3. Al(OH)3 + NaOH → Na

Coroziunea metalelor

COROZIUNEA METALELOR.

Coroziunea este
spontan
curgere
proces de distrugere
metal in
rezultat
interacțiuni cu
mediu inconjurator.

PIERDERE DE MATERIALE.

Pierderi materiale la
coroziune:
Distrugerea conductelor,
piese metalice ale mașinilor,
carene de nave, marine
structuri (mai mult de 10%
topirea anuală a metalelor
pierdut din cauza coroziunii).
Costul pierdut
produs prin
sistem corodat
conducte.
Timp de oprire pentru întreprinderi
perioada de înlocuire
structuri metalice
corodat.

MECANISMUL PROCESULUI DE COROZIUNE.

Procesul continuă cu eliberarea de energie și dispersia materiei
(entropia sistemului crește ∆S > 0).
Obținerea metalelor pure este întotdeauna însoțită de
consum de energie.
Această energie este stocată în ele ca energie liberă.
Gibbs și le face substanțe chimic active.
Procesul metalurgic:
_
Proces de coroziune:
_
Men+ + ne → Me0
Me0 - ne → Men+
∆G0x.r. >0
∆G0x.r.< 0
(vine cu costul energiei)
(proces spontan)

CLASIFICAREA PROCESELOR DE COROZIUNE.

COROZIUNEA METALELOR

Coroziunea chimică a metalelor

ESENȚA COROZIEI CHIMICE.

Coroziunea chimică este tipică pentru mediile care nu conduc
electricitate.
Esența procesului de coroziune chimică se reduce la
redox
reactii
și
are loc o tranziție directă a electronilor metalici
la oxidant.
Este o distrugere spontană.
metale într-un mediu gazos oxidant (O2, SO2, H2S,
halogeni) sau în neelectroliți lichizi (organici
lichide – ulei acru).

COROZIUNE CHIMICA ÎN MEDIU GAZ

ÎN vedere generala pentru coroziune cu gaz:
1,2 Me0 (t) + O2 (g) ⇄ 2 Me + 2O (t)
Formarea de oxid pe suprafața metalului în
ca urmare a interacțiunii cu oxigenul atmosferic.
2. MeO (t) → [MeO] (p)
Dizolvarea filmului de oxid în metalul însuși,
echilibrul va fi deplasat spre dreapta, deoarece oxizi majoritari
metalele sunt capabile să se dizolve în metal și să plece
sisteme de echilibrare.
Mecanismul unei astfel de coroziuni se reduce la difuzia ionilor
metal printr-o peliculă de produse de coroziune, pe de o parte,
iar pe cealaltă parte a contradifuziei atomilor de oxigen
adânc în film.

EXEMPLU DE COROZIUNE CHIMICĂ ÎN MEDIU LICHID.

RATE DE OXIDARE

Determinată de proprietățile filmului de oxid pe
suprafata metalica:
continuitatea filmului;
capacitatea de difuzie a filmului;
structura peliculei de oxid.
Continuitatea filmului () este estimată prin raportul de volum
oxid format la volumul de metal,
cheltuită pentru formarea acestui oxid (factor
Pilling-Bedwords)
Valori pentru
metalele sunt date în cărți de referință.

CONTINUITATEA FILMULUI

Dacă
< 1, то образующаяся пленка не сплошная. Толщина
pelicula de oxid crește proporțional cu timpul de oxidare.
Odată cu creșterea temperaturii, procesul de coroziune brusc
accelerează din cauza disipării slabe a căldurii, metalul se încălzește
iar viteza de reacție crește.
Dacă
= 1,2 - 1,6, apoi filmul de oxid rezultat
solid. Un astfel de film inhibă difuzia agentului de oxidare. Și prin
Pe măsură ce filmul se îngroașă, creșterea sa ulterioară va fi întotdeauna
încetini. Pe suprafață se formează filme solide
metale precum Co, Ni, Mn, Ti.
La
> 1,6 filme de oxid
de asemenea, nu solid și ușor
separa
din
suprafete
metal (scara de fier)

ALBĂSTREALĂ PENTRU RUFE

cântând
oțel (oxidare, înnegrire,
albastru) -
proces
primind
pe
suprafete
carbonice
sau
oțel slab aliat sau strat de fontă
oxizi
fier 1-10 microni grosime. Grosimea acestui strat depinde de el
culoare - așa-numitele culori terne, înlocuindu-se reciproc
prieten pe măsură ce filmul crește (galben, maro, cireș,
violet, albastru, gri).
Structura acoperirii este cu granulație fină,
microporoasă. Pentru a adăuga strălucire și
îmbunătățirea proprietăților protectoare ale peliculei de oxid
este, de asemenea, impregnat cu ulei (mineral
sau legume).
Acum se aplică arderea
în principal ca decorativ
finisare, iar mai devreme – în principal – pentru
reducerea coroziunii metalelor.

EFECTUL STRUCTURII PELICII DE OXID ASUPRA RATEI DE COROZIUNE

Pentru metalele cu o stare de oxidare variabilă, structura
grosimea filmului va fi diferită, deci, de exemplu, când
Când oțelul este lustruit, se formează următoarele straturi de oxid:
Fe|strat difuz|FeO|strat difuz|Fe3O4
Această structură a filmului de oxid
oferă o conexiune puternică
strat de oxid cu suprafata
metal.
S-a dovedit experimental că
filme de oxid cu structura
spinelele RO.R2O3 (FeO.Cr2O3 sau
NiO.Cr2O3) servesc ca un de încredere
protectie anticoroziva.

EVALUARE CANTITATIVĂ A RATEI DE COROZIUNE

Cantitativ, rata oricărui tip de coroziune este măsurată în
unități de masă ale metalului pierdut (∆m) pe unitate
suprafață (S) pe unitatea de timp (t):
Rata de coroziune poate fi măsurată și prin grosimea stratului
metal pierdut pe unitatea de timp.
Pentru a determina viteza de coroziune, se folosesc greutăți,
metode volumetrice și fizice.

MEDII AGRESIVE ȘI STABILITATE A DIVERSELOR METALE

Pe lângă oxigen, au o proprietate puternic agresivă.
si alte gaze. Cele mai active sunt fluorul (F),
dioxid de sulf (SO2), clor (Cl2), hidrogen sulfurat (H2S). Al lor
agresivitate față de metale și, prin urmare
ratele de coroziune nu sunt aceleași.
De exemplu, aluminiul și aliajele sale,
crom și oțel cu conținut ridicat
crom, instabil în atmosferă,
conținând
clor,
Cu toate că
De
relație
La
oxigen
ei
rezistent.
Nichelul nu este stabil în atmosferă
dioxid de sulf (SO2), iar cuprul este destul
grajd.

Coroziunea electrochimică a metalelor

COROZIUNE ELECTROCHIMICĂ

Coroziunea electrochimică este tipică pentru mediile cu
conductivitate ionică, adică pentru electroliți
În acest caz, reacția interacțiunii metalului cu
Agentul de oxidare se desfășoară în mai multe etape:
1. Anod
oxidare
metal.
Metalul sub formă de ioni trece în
soluţie,
A
echivalent
rămâne numărul de electroni
_
metal: Me0 - ne → Men+
2. Proces catodic – asimilare
(deținere)
redundant
electroni într-un metal.
3. Mișcarea ionilor în soluție.

CONDIȚII DE COROZIUNE ELECTROCHIMICĂ

Poziția metalului în seria de activitate a metalului: decât
mai departe, cu atât mai repede
apare coroziune.
Puritatea metalului: impuritățile accelerează coroziunea.
Neregularități ale suprafeței metalice, fisuri.
Apă subterană, apă de mare, soluție de electroliți
(ioni: H+, Cl-, Br-, I-, pentru metale amfotere OH-).
Creșterea temperaturii.
Acțiune
microorganisme
(ciuperci,
bacterii,
licheni): afectează metalele cu mare
rezistență la coroziune.

MECANISME DE COROZIUNE ELECTROCHIMICĂ. PROCES ANODIC.

Mecanism
electrochimic
coroziune
determinat
diferența de potențial dintre secțiunile catod și anod și
redusă la funcționarea unei celule galvanice cu gaz.
Principala diferență dintre procesele de coroziune electrochimică
din procesele unei celule galvanice este absenţa
circuit extern. În acest caz, electronii nu pleacă
corodând metalul, dar se deplasează în interiorul metalului.
Deoarece, orice metal conține întotdeauna impurități ale altora
metale, apoi pe suprafața sa într-un mediu electrolit
se formează multe circuite microvoltaice în scurtcircuit
elemente.
Anodul din ele va fi metalul de bază, care este oxidat de
_
reactii: Me0 - ne → Men+

PROCESUL CATODIC DE DEPOLARIZARE.

Procesul catodic, cel mai adesea, merge cu oxigen sau
depolarizarea hidrogenului.
Un depolarizator este o substanță care deține electroni.
Depolarizarea oxigenului are loc cu participarea
oxigenul dizolvat, care este
depolarizator:
la
: O2 + 2H2O + 4e- → 4OHat
: О2 + 2Н+ + 4е- → 2Н2О
Depolarizarea hidrogenului are loc cu participarea cationilor
mediu hidrogen (depolarizant - hidrogen):
la
: 2Н+ + 2е- → Н20

COROZIUNE ELECTROCHIMICĂ

Anod (-) Fe / O2, H2O, NaCl / Sn (+) Catod
A: Fe
0
_
-2e → Fe
2+
_

SCHEMA UNEI PERECHI MICROGALVANICE COROZIVĂ ÎN CONTACTUL Zn - Cu

Anod (-) Zn / Mediu / Cu (+) Catod
Anod (-) Zn / O2, H2O, NaCl / Cu (+) Catod
Zn
0
_
- 2e → Zn
2+
_
O2 + 2H2O + 4e → depolarizarea oxigenului 4OH
Anod (-) Zn / H2SO4 / Cu (+) Catod
_
2H+ + 2e → H20
depolarizarea hidrogenului

SCHEMA UNEI PERECHI MICROGALVANICE DE COROZIUNE ELECTROCHIMICĂ ÎN CONTACT CU FIORUL ZINC

Anod (-) Zn / O2, H2O, NaCl / Fe (+) Catod

COROZIUNE prin aerare

Procesele de oxidare și reducere au loc la diferite
zone ale suprafeței metalice și sunt însoțite de aspect
curent electric.
Cu acces neuniform la oxigen
La
suprafete
metal
pe
a ei
apărea
galvanic
pereche
special
drăguț:
complot
Mai mult
oxigenul adsorbant este
catod, dar mai puțin adsorbant
anod.
Din cauza
sferic
picătură de apă aplatizată inelară
zona de sub marginile sale va fi catodul,
iar sub partea centrală - anodul.
Anod (-) Fe (centru) / O2, H2O, NaCl / Fe (margine) (+) Catod
A: Fe2+ + K3 = 3K+ + Fe2+
hexacianoferat de potasiu (III)
"turnbull blue"

PASIVAREA METALELOR SUB COROZIUNE

Uneori, viteza de coroziune poate fi limitată de anodic
proces. Acest lucru este tipic pentru metalele capabile de
pasivat (Cr, Al, Ti, Ni, Zr, Ta etc.)
Se numește pasivitatea metalului
starea lui ridicată
rezistență la coroziune,
cauzate de inhibitie
proces anodic.
Pasivarea este asociată cu formarea la suprafață
metal adsorbit sau straturi de fază (uneori cele și
altele), care inhibă procesul de dizolvare a metalului.
Agenții oxidanți puternici promovează de obicei pasivarea
metal.

∆G = -nFE< 0
Е= Ϥ0Ох - Ϥ0Roșu > 0
Ϥ0Ox > Ϥ0Roșu
Ϥ0Ох > Ϥ0Me+n/Me0

CONDIȚII DE COROZIUNE CU OXIGEN ȘI HIDROGEN DEPOLARIZAREA

Dacă E0Me+n/Me0< E0Н+/Н2 меньше потенциала водородного
electrod (zona 1), coroziunea este posibilă și cu absorbție
oxigen și cu eliberarea de hidrogen (metale alcaline și alcalino-pământoase, zinc, aluminiu)
Dacă E0Me+n/Me0 este mai mică decât potențialul electrodului de oxigen,
dar mai mult decât potențialul electrodului de hidrogen (regiunea 2),
atunci coroziunea este posibilă numai cu participarea oxigenului.
_
E0H+/H2< E0Me+n/Me0 < E0О2/ОН-
A (-): Me0 - ne → Me + n
_
K (+): O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

CONDIȚII DE COROZIUNE CU OXIGEN ȘI HIDROGEN DEPOLARIZAREA

Dacă E0Me+n/Me0 > E0O2/OH- potenţialul electrodului de oxigen
(zona 3), atunci coroziunea metalului este imposibilă.
Exemplu: aur - în absența unui agent de complexare, nu
corodează prin absorbția de oxigen sau eliberarea
hidrogen.
Potențialul multor metale se află în a doua regiune.

Metode de protejare a metalelor împotriva coroziunii

METODE DE PROTECȚIA METALELOR DE COROZIUNE

Toate metodele de protecție sunt împărțite condiționat în următoarele grupuri:
1. Aliarea metalelor;
2. Acoperiri de protecție (metalice și nemetalice);
3. Protectie electrochimica;
4. Modificarea proprietăților mediului corosiv.
Alegerea uneia sau a alteia metode de protecție împotriva coroziunii
definit:
pe de o parte, eficiența sa,
pe de altă parte, fezabilitatea sa economică.

ALIEREA METALELE

Aceasta este o metodă de protecție asociată cu
modificarea proprietăților substanțelor corozive
metal. Eficient, deși de obicei
metoda costisitoare de protectie. La
alierea în compoziţia aliajului este de obicei
introduce componente care apelează
pasivarea metalelor (introducere
crom, nichel, wolfram etc.)
Pentru aliaje rezistente la căldură
aditivii sunt crom, aluminiu,
nichel, siliciu - îmbunătățesc proprietățile
pelicule protectoare formate în timpul
oxidarea metalelor.

ACOPERURI DE PROTECȚIE. ACOPERII METALICE

Straturile de protecție sunt straturi create artificial
pe suprafața metalică pentru a preveni coroziunea.
Acoperiri metalice
Materialele de acoperire pot
să fie ca metalele pure (Zn, Cd,
Al, Ni, Cu, Cr, Ag) și aliajele acestora
(bronz, alamă).
După natura comportamentului lor
acoperirile sunt împărțite
pentru catodic și anod

ACOPERII METALICE CATODICE

Acoperirile catodice includ acoperiri, electrozi
ale căror potenţiale în acest mediu au mai mult de
valoare pozitivă decât potențialul metalului de bază.
Pentru oțel (Fe), învelișul catodic va fi din cupru,
nichel, argint.
Anod (-) Fe / O2, H2O, NaCl / Cu (+) Catod
_
A: Fe 0 - 2e → Fe 2+
_
K: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
Dacă catodul este deteriorat
are loc acoperire
depolarizarea oxigenului
celula galvanica in
_
+
0
2H + 2e → H2
care este oxidat
depolarizarea hidrogenului
material de baza.
Prin urmare, stratul catodic poate proteja produsele
numai în absența porilor și a fisurilor, adică. atunci când nu este încălcat
integritatea acoperirii.

ACOPERII METALICE ANODICE

Acoperirile anodice au un potențial mai negativ,
decât potenţialul metalului de bază.
De exemplu: acoperire
oțel (Fe) zinc - metalul de bază în acest caz va fi
catod și nu se va coroda.
Anod (-) Zn / O2, H2O, NaCl / Fe (+) Catod
_
A: Zn 0 - 2e → Zn 2+
_
K: O2 + 2H2O + 4e → depolarizarea oxigenului 4OH
_
2H+ + 2e → H20
depolarizarea hidrogenului
La
deteriora
anod
acoperiri
apare
celulă galvanică în care are loc oxidarea
acoperire, iar materialul de bază rămâne neschimbat până când
dizolvarea completă a acoperirii.

METODE DE PRODUCERE A ACOPERIILOR DE PROTECȚIE METALICE

Electrochimic (acoperiri galvanice).
Metalizare (imersie în metal topit).
Difuzie termică
cale
(Pentru
primind
acoperiri rezistente la căldură: Al - aluminizare, Si -
siliconizare, Cr - cromare, Ti - titanizare).
La temperatură ridicată produsul este scufundat în
pudra
metal,
care
este
acoperit.
Difuzia metalului depus are loc în bază
metal.
Chimic.
Produs
a pune
V
soluţie,
care conțin ioni metalici de acoperire și agent reducător. ÎN
rezultat
redox
reactii
are loc o reducere a ionilor metalici la liber
metal. Astfel, se aplică metale și nemetale
placare cu argint, cupru, nichel și paladiu.

ACOPRIJURI NEMETALICE

Proprietățile de protecție ale acoperirilor nemetalice sunt reduse la
izolarea metalelor de mediu.
Astfel de acoperiri pot
fi:
emailuri anorganice,
vopsea de acoperire,
acoperiri cu rasini,
materiale plastice,
folii polimerice,
cauciuc.

PROTECTIE ELECTROCHIMICA. PROTECTORII

Metoda se bazează pe frânarea anodului sau catodului
procesele de coroziune.
Protecție catodică - produsul este conectat la (-) un extern
sursă de curent, devine catod, iar anodul de obicei
servește ca electrod auxiliar (cel mai adesea oțel).
Dacă anodul auxiliar este din metal,
având
Mai mult
negativ
potenţial,
Cum
metal protejat, atunci curentul nu este conectat. ÎN
celula galvanică rezultată dizolvă anodul și
Produsul nu este supus coroziunii.
Astfel de electrozi sunt numiți protectori (magneziu și ai acestuia
aliaje, zinc, aluminiu).
Protecția anodului – constă în crearea polarizării anodului
datorită unui curent aplicat extern (protecție din oțel inoxidabil)
oţel în acid sulfuric).

SCHIMBAREA PROPRIETĂȚILOR UNUI MEDIU COROSIV

CU
scop
scădea
corozive
activitate
medii
efectuează prelucrarea acestuia.
De exemplu:
îndepărtare
oxigen
(fierbere
soluţie;
barbotare cu gaz inert; restabilind-o cu
agenți reducători corespunzători - sulfiți, hidrazină);
scăderea concentraţiei ionilor de H+
- alcalinizare
soluţie
ÎN anul trecut pentru protecția împotriva coroziunii pe scară largă
se folosesc inhibitori.

INHIBITORI

Un inhibitor este o substanță care reduce rata
coroziune.
Inhibitorii sunt utilizați în sistemele cu care lucrează
volum constant sau neschimbabil.
Efectul inhibitor este cel mai pronunțat în
următoarele tipuri de compuși: amine, care conțin azot
compuși heterociclici, sulfuri, aldehide,
mercaptani.
În funcție de condițiile de utilizare, inhibitorii sunt împărțiți în:
inhibitori pentru soluții apoase (acide, alcaline
și pentru mass-media neutră);
„inhibitori volatili” – pentru protecție împotriva atmosferei
coroziune (compuși ai aminelor cu azot, cărbune sau
acizi cromici.)

MECANISMUL DE ACȚIUNE AL INHIBITORILOR

Mecanismul de acțiune al inhibitorilor este adsorbția
ele pe o suprafață corodabilă și ulterior
inhibarea proceselor catodice și anodice.
Inhibitori anodici - oxidanți (NO2-, NO3-, CrO42-, PO43-).
În acest caz, metalul trece într-un pasiv stabil
stat.
Inhibitori catodici - reduc rata de catodic
procesați sau reduceți aria secțiunilor catodice.
Compuși organici care conțin sulf, azot și
oxigen (dietilamină, urotropină, hidrazină).

avtovsamare.ru - Afacerea mea - Francize. Evaluări. Povesti de succes. Idei. Munca și educație

Certificat de înregistrare în mass-media EL Nr FS 77 - 57771 din 18 aprilie 2014.
Copyright © 2006-2017. Toate materialele sunt protejate prin drepturi de autor
Mass-media „BusinessGarant” este înregistrată de către Serviciul Federal de Supraveghere a Comunicațiilor, Tehnologiilor Informației și Comunicațiilor de Masă