«Коррозия металлов» доклад . Сообщение коррозия металлов
«Коррозия металлов» доклад | Kratkoe.com
Коррозия металлов доклад кратко расскажет Вам об этом явлении и какие металлы наиболее подвержены коррозии. Также информация о коррозии поможет Вам подготовиться к занятию, и Вы углубите свои познания в данной области.
«Коррозия металлов» сообщение
Металлические материалы поддаются электрохимическим и химическим влияниям окружающей среды и разрушаются. Такой процесс называется коррозией. Коррозию металлов вызывают окислительно-восстановительные реакции, вследствие чего металлы, перешедшие в окисленную форму, теряют свои свойства и становятся негодными.
3 признака, которые характеризуют коррозию:
С химической точки зрения это окислительно-восстановительный процесс.
Это самопроизвольный процесс, который возникает через неустойчивость термодинамической системы. А металл является компонентом окружающей среды.
Этот процесс в основном развивается на поверхности металла. Хотя бывают случаи, когда коррозия проникала вглубь металла.
Какие виды коррозии существуют?
Самые распространенные виды коррозии металлов:
Равномерная (охватывает равномерно всю поверхность металла)
Избирательная
Неравномерная
Местная (когда коррозии подвергаются отдельные участки металла)
Язвенная
Межкристаллитная (коррозия распространяется около границ кристалла металла)
Растрескивающая
Точечная
Подповерхностная
Типы коррозии
Ученые с точки зрения механической стороны коррозийного процесса выделили 2 типа коррозии:
Химическая коррозия
В результате некоторых химических реакций происходит разрушение металлической связи. Атомы металла и окислителей образуют химическую связь. Между отдельными участками металла электрический ток не возникает. Химическая коррозия присуща тем средам, которое не могут проводить электрический ток. Это жидкие неэлектролиты и газы.
Данный тип коррозии длится на:
Газовую коррозию. Это результат взаимодействия паровых или газовых сред на металл при влиянии высоких температур. Примечательно, что поверхности металла конденсация влаги отсутствует. Газовая коррозия приводит либо к разрушению металла, либо к образованию защитной пленки (хром, алюминий, цирконий).
Жидкостную коррозию. Протекает в таких неэлектролитах — смазочные масла, керосин, нефть. Даже небольшое количество влаги приводит к появлению электрохимического характера.
Когда развивается химическая коррозия, то металл разрушается со скоростью, пропорциональной скорости происходящей реакции и скорости проникновения окислителя сквозь металлическую оксидную пленку.
2.Электрохимическая коррозия
Представляет собой процесс разрушения металла в среде электролитов. Он сопровождается возникновением электрического тока внутри системы. Металлы, подвергающиеся коррозии такого типа, поделены на 4 группы:
Активные металлы. Характеризуются термодинамической нестабильностью. К ним относятся все металлы, которые находятся в следующем интервале: щелочные металлы — кадмий. Поддаются коррозии даже в водных нейтральных средах.
Металлы средней активности. Расположились в интервале кадмий – водород. Подвергаются коррозии в кислой среде.
Малоактивные металлы. Характеризуются термодинамической стабильностью. К ним относятся металлы, находящиеся в интервале водород – родий. Коррозия возникает в среде с кислородом или с другими окислителями.
Благородные металлы. Характеризуются высокой термодинамической стабильностью. К ним относятся платина, палладий, золото, иридий. Подвергаются коррозии в кислых средах с сильными окислителями.
По характеру протекания выделяют такие виды электрохимической коррозии как:
Коррозия, происходящая в растворе электролитов. То есть в растворах солей, оснований, кислот и в природной воде.
Атмосферная коррозия. Происходит в среде любого влажного газа или в атмосферных условиях.
Почвенная коррозия. Протекает в почве с разной интенсивностью. Все зависит от состава и ее аэрации. Чаще всего коррозия происходит в кислых почвах. Реже всего она развивается в песчаных грунтах.
Аэрационная коррозия. Развивается тогда, когда к разным частям металла воздух поступает неравномерно.
Морская коррозия. Развивается в морской воде через большое количество растворенных в ней солей, органических веществ и газов.
Биокоррозия. Развивается в процессе жизнедеятельности организмов, которые вырабатывают газы, в том числе h3S и CO2, которые способствуют коррозии.
Электрокоррозия. Протекает под влиянием блуждающих токов на подземных сооружениях. Чаще всего причиной такой коррозии являются трамвайные линии, электрические железные дороги.
Как защититься от коррозии?
Самый главный способ защиты – это создание неметаллических, металлических или химических защитных покрытий.
Металлические покрытия
Они наносятся на металлическую поверхность. Если такое покрытие изготовлено из металла с отрицательным потенциалом по отношению к более активному металлу (защищаемому), то его называют анодным. Если покрытие имеет положительный потенциал, то оно называется катодным.
Неметаллические покрытия
Бывают неорганическими: стекловидная масса и цементный раствор, и органическими, которые представлены лаками, высокомолекулярными соединениями, битумами и красками.
Химические покрытия
Металл, который следует защитить, подвергают обработке химическими средствами для того, чтобы на его поверхности образовалась пленка из соединений. Пленка является устойчивой к коррозии. Химическая обработка бывает следующих видов: оксидирование, фосфатирование, воронение стали, азотирование, цементация.
Протекторная защита
К защищаемому металлу или сооружению присоединяют пластины из активного металла – протектора. Он имеет отрицательный потенциал и является анодом. А защищаемый металл называется катодом.
Надеемся, что доклад о коррозии металлов помог Вам подготовиться к занятию. А сообщение о коррозии металлов Вы можете дополнить через форму комментариев ниже.
kratkoe.com
Доклад - Коррозия металлов - Химия
Реферат на тему:
Коррозияметаллов.
Подготовил: ученик 9 «А» класса
Алещик Андрей
Гродно 2006
Введение
Коррозия стали, и цветных металлов принципиально отличается от коррозионных процессов внеметаллических строительных материалах. Большинство так называемых драгоценных металлов, особенно сталь, в большей степени подвержены коррозии, чем неметаллическиематериалы. Средняя скорость коррозии основных металлов в условиях средне европейского климата представлена в табл. 2.1. Из таблицы видно, что наибольшие потери наблюдаются для обычных сталей. Приведённые данные являются усредненными. Загрязнение, воздуха, особенно вблизи химических заводов, приводит к значительному ускорению процессов коррозии. В результате коррозии происходят необратимые изменения - уменьшение площади сечения и снижение прочности, а также часто изменениевнешнего вида поверхности металла.
Химическая коррозия
Химическую коррозию стали вызывают сухие газы и жидкости, не имеющие характера электролитов, напримерорганические соединения или растворы неорганических веществ в органическихрастворителях, Химическая коррозия не сопровождается возникновениемэлектрического тока. Она основана на реакции между металлом и агрессивным реагентом. Этот видкоррозии протекает в основном равномерно по всей поверхности металла. В связи сэтим химическая коррозия менее опасна, чем электрохимическая.
Продукты коррозии могут образовывать на поверхности металла плотный защитный слой, затормаживающий еёдальнейшее развитие, или же пористый слой, не защищающий поверхность от разрушающего воздействия среды. В этом случае процесс коррозии продолжается до полного разрушения материала или период времени пока будет действовать агрессивная среда. Наиболее часто на практике встречается газовая коррозия
Электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами, в основном растворами кислот, оснований и солей. Механизм процесса коррозии зависит от структуры металла, а так же оттипа электролита. Сталь, как всякий металл, имеет кристаллическое строение, при котором атомы располагаются в соответствующем порядке, образуя характерную пространственнуюрешетку. Кристаллы железа имеют строение, значительноотличающиеся от идеальной схемы, так как имеются пустоты, незанятые атомами металла, трещины, включения примесей к газов.
Металлы обладают хорошей электропроводностью, что обусловлено наличием свободных электронов, движение которых создает электрический ток. Числу свободных электронов соответствует эквивалентное число ион-атомов, т.е. атомов, утративших один или более электрон. В случае возникновения на концах металлического стержня разности потенциалов электроны движутся от полюса с высшим потенциалом к противоположному полюсу. Металлы, обладающие электронной проводимостью, являются проводниками первого рода, а электролиты, которые имеют ионную проводимость проводникамивторого рода.
Каждый металл имеет так называемую термодинамическуюустойчивость, т е. способность ион-атомов переходить в растворэлектролита. При погружении какого-либометалла в чистую воду определенное число положительных ионов отрывается от металла и переходит в раствор, оставляя на поверхности металла соответствующее число электронов.В результате этого металл, погруженный в воду, имея избыток свободных электронов, получает отрицательныйэлектрический заряд, а на границе раздела фаз образуется двойной электрический слой.
Положительные ионы (благодаря притяжению зарядов с противоположным знаком) удерживаются вблизиповерхности металла. Возникает поле электрических сил, котороепритягивает к металлу ионы, находящиеся в растворе. Однако накопление ионов металла приводит к затормаживанию его дальнейшего растворения. Через некоторое время при определенном потенциале наступает подвижное равновесие.
Если металл погружается не в чистую воду,а в раствор, могут быть следующиеслучаи:
1. Энергия гидратации раствора недостаточна для нарушения связи между ион-атомами и электронами, При этом на поверхности металла будутнакапливаться катионы из раствора, аповерхность приобретаетположительный заряд. На границе металл - раствор устанавливаетсяравновесие, а процесс коррозии прекращается.
2. Возможен переход ион-атомов в раствор, так как энергия гидратации больше чем энергия связи в металлах. При этом коррозионный процесс протекаетбеспрепятственно.
Металл, погруженный в электролит, является единичным электродом. Однако абсолютная величина разности потенциалов поверхности металла и соприкасающегося с ним слоя раствора (а,следовательно, и склонность металла, из которого выполнен электрод, к коррозии) не поддается измерению. Поэтому за электрод с условным нулевым потенциалом принимается водородный электрод, относительно которого определяются потенциалы всех металлов. Это так называемые нормальные потенциалы. Водородный электрод состоит из пластины, покрытой платиновой чернью, погруженной враствор НС1 и омываемой водородом.
Нормальный потенциал может бытьположительным или отрицательным. Он определяется при составлении элемента, одним электродом которого являетсяводородный электрод, а другим — металл,погруженный в раствор соли этого металла при температуре 25' С и нормальном давлении. Величинапотенциала зависит не только от типа металла, но и отконцентрации раствора, температуры и давления. Все металлы всоответствии с их нормальными потенциалами, определенными по отношению к водородному электроду, образуют определенный ряд. Этот ряд позволяет определить разность потенциалов, которая возникает между двумя металлами, погруженными в абсолютно чистую, дистиллированную воду.
По положению металла в ряду потенциалов можно сделать вывод о том, что, например, железо при Контакте с медью будет подвергаться ускоренной коррозии. В присутствии же цинка коррозии будет подвергаться не железо, а цинк. Электролитомв этих случаях служить даже следывлаги.
Величина потенциалов, возникающих на электроде, зависит не только от металла, из которого выполненэлектрод, но в еще большей степени от процессов, имеющих место на электроде.
Как можно видеть, в зависимости от типа исодержания, растворённых в водесолей изменению подвергаются не только нормальные потенциалы, но даже положение металла в рядупотенциалов.
Коррозия при действии вод, не содержащих кислород.
Коррозия стали в воде зависит отколичества кислорода, имеющего доступ к поверхности металла.
В воде, не содержащей кислорода, коррозия протекает следующим образом: ион-атомы железа переходятв раствор, в результате чего на аноде происходит потеря металла, а его поверхностьприобретает отрицательный заряд: Fе, Fе2++2е.Электроды от анода движутся к катоду, В воде носителями тока являются водородные ионы Н+ и гидроокисные ионы ОН -, появляющиеся в результате диссоциации воды. Ионы железа,которые перешли в раствор, соединяются с гидроокисными анионами, образуя плохо растворимый гидрат закиси железа:
Водородные катионы соединяются с электронами, и на катоде выделяется атомарный водород Н++е=Н. Он образует на поверхности металла защитный слой, уменьшающий скорость коррозии стали (так называемая водородная деполяризация).
В некоторых случаях атомарный водородсоединяется в молекулы газа Н+Н — Н2. Пузырьки водорода растут и отрываются от электрода, как толькодостигнут такой величины, чтобы преодолеть поверхностное натяжение. В этом случае эффект защитного слоя исчезает.
Если сталь соприкасается с раствором с рН>7, водород выделяется в атомарном виде, а следовательно, создаются условия, способствующие образованию защитного слоя. Из растворов же с рН<7 водород выделяется в виде газа.
Интенсивность процесса коррозии н воде, не содержащей кислорода, зависит, таким образом, от величины pH.
Коррозия при действии вод, содержащих кислород.
В случае, когда сталь соприкасается с водой, содержащей кислород, коррозия происходитиначе.
Содержащийся в воде кислород связывает водород,образующий защитный слой на поверхности железа (кислородная деполяризация). А двухвалентное железо подвергается окислению в трехвалентное
Гидроокись железа в дальнейшем может переходить в гидратированные окиси (обычно называемые — пучиной)
Продукты коррозии не образуют плотно прилегающего к поверхности металла защитного слоя. Это обусловлено, по-видимому, более чем двукратнымувеличением объема, которое имеет место при переходе гидроокиси железа в гидрат закиси железа.
Наличие кислорода в воде ускоряет коррозию стали, причем увеличение концентрациикислорода до определенного пределаприводит к резкому увеличению коррозионной активности среды. При дальнейшем повышении содержания кислорода скорость коррозии уменьшается в результате пассивации.
www.ronl.ru
Коррозия металлов[
Реферат на тему «Коррозия металлов и сплавов»
с дисциплины «технология материалов»
Составили:
студенты 2 курса группа 1315
Ермолин И.А., Балан К.Е., Навожко В.И.
Корро́зия — это самопроизвольное разрушение металловв результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь тометаллиликерамика,деревоилиполимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивостьконструкционных материаловк воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде:
Гидроксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.
В повседневной жизни для сплавовжелеза (сталей) чаще используюттермин«ржавление». Менее известны случаи коррозииполимеров. Применительно к ним существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старениерезиныиз-за взаимодействия скислородомвоздухаили разрушение некоторыхпластиковпод воздействиематмосферныхосадков, а также биологическая коррозия. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.
Коррозионные процессы отличаются широким распространением и разнообразием условий и сред, в которых они протекают. Поэтому пока нет единой и всеобъемлющей классификации встречающихся случаев коррозии[1].
Ржавчина, самый распространенный вид коррозии.
Коррозия металла.
Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.[2] Для процесса коррозии следует применять термин «коррозионный процесс», а для результата процесса — «коррозионное разрушение». Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов, — коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.
Типы коррозии
Различают 4 основных вида коррозии, например: электрохимическая коррозия, водородная, кислородная коррозия и химическая.
Электрохимическая коррозии
Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т. п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды — либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т. п., электропроводность её повышается, и скорость процесса увеличивается.
Коррозионный элемент
При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO2, образуется гальванический элемент, так называемый коррозионный элемент. Он представляет собой не что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с более низким окислительно-восстановительным потенциалом; второй электрод в паре, как правило, не корродирует. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами. Так, совсем небольшого количества примеси на поверхности металла с большим редокспотенциалом уже достаточно для возникновения коррозионного элемента. Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например, сварочные швы или заклёпки.
Если растворяющийся электрод коррозионно-стоек, процесс коррозии замедляется. На этом основана, например, защита железных изделий от коррозии путём оцинковки — цинк имеет более отрицательный потенциал, чем железо, поэтому в такой паре железо восстанавливается, а цинк должен корродировать. Однако в связи с образованием на поверхности цинка оксидной плёнки процесс коррозии сильно замедляется.
Примером крупномасштабной электрохимической коррозии может служить происшествие, случившееся в декабре 1967 года с норвежским рудовозом «Анатина»[3](англ. Anatina), следовавшим из Кипра в Осаку. Налетевший в Тихом океане тайфун привёл к попаданию в трюмы солёной воды и образованию большойгальванической пары: медного концентрата со стальным корпусом судна, который вскоре размягчился, и судно подало сигнал бедствия. Экипаж был спасён подоспевшим немецким судном, а сама «Анатина» еле-еле добралась до порта[4][5].
Водородная и кислородная коррозия
Если происходит восстановление ионов h4O+ или молекул воды h3O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме:
2h4O+ + 2e− → 2h3O + h3
или
2h3O + 2e− → 2OH− + h3
Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией:
O2 + 2h3O + 4e− → 4OH−
Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.
studfiles.net
Реферат На тему: Коррозия металлов
Реферат
На тему: Коррозия металлов
Ученика 190(1) группы
Кандаракова Андрея
02.11.09
Коррозия металлов.
Коррозия металлов - это процесс образование гальванических пар. Образование таких паров приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов — коррозии.
Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом.
← Это ржавчина, самый распространенный вид коррозии
← Один из видов коррозии
Виды коррозии.
Химическая коррозия.
Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом.
При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).
Электрохимическая коррозия.
Электрохимическая коррозия- это разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.) как, например, при ржавлении железа во влажной атмосфере.
Электроды образуют либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала. Если в воде растворены ионы солей, электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается.
При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, образуется гальванический элемент, так называемый, коррозионный элемент. Он представляет собой ни что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами.
Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например сварочные швы или заклепки.
← Это коррозионный элемент
Борьба с коррозией.
Также с коррозией можно бороться. Решение проблемы, избавление от коррозии является важной задачей, т. к коррозия ежегодно приводит к миллиардным убыткам. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией.
Способы избавления о коррозии:
Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.
Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:
Конструкционный
Активный
Пассивный
Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы.
В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).
Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создается коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой.
Система холодного цинкования предназначена для усиления антикоррозионных свойств комплексного многослойного покрытия. Система обеспечивает полную катодную (или гальваническую) защиту железных поверхностей от коррозии в различных агрессивных средах.
Для борьбы с коррозией используют также методы газотермического напыления.С помощью газотермического напыления на поверхности металла создается слой из другого металла/сплава, обладающий более высокой стойкостью к коррозии (изолирующий) или наоборот менее стойкий (протекторный). Такой слой позволяет остановить коррозию защищаемого металла.
Цинкование.
Цинкование — это то нанесение цинка или его сплава на металлическое изделие для придания его поверхности определённых физико-химических свойств, в первую очередь высокого сопротивления коррозии. Цинкование — наиболее распространённый и экономичный процесс металлизации, применяемый для защиты железа и его сплавов от атмосферной коррозии (коррозия). На эти цели расходуется примерно 40 % мировой добычи цинка. Толщина покрытия должна быть тем больше, чем агрессивнее окружающая среда и чем длительнее предполагаемый срок эксплуатации. Электролитическое цинкование ведётся в основном из кислых и щёлочно-цианистых электролитов; специальные добавки позволяют получать блестящие покрытия. Диффузионное цинкование, осуществляемое из паровой или газовой фазы при высоких температурах (375—850 °C), применяется для покрытия труб и др. конструкций. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры и времени цинкования и может составлять 0,1—1,5 мм.
refdb.ru
Коррозия металлов и способы защиты от коррозии
При обычных условиях металлы могут вступать в химические реакции с веществами, содержащимися в окружающей среде, — кислородом и водой. На поверхности металлов появляются пятна, металл становится хрупким и не выдерживает нагрузок. Это приводит к разрушению металлических изделий, на изготовление которых было затрачено большое количество сырья, энергию и количество человеческих усилий.
Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под воздействием окружающей среды.
Яркий пример коррозии — ржавчина на поверхности стальных и чугунных изделий. Ежегодно из-за коррозии теряют около четверти всего производимого в мире железа. Затраты на ремонт или замену судов, автомобилей, приборов и коммуникаций, водопроводных труб во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены. Продукты коррозии загрязняют окружающую среду и негативно влияют на жизнь и здоровье людей.
Химическая коррозия происходит в различных химических производствах. В атмосфере активных газов (водорода, сероводорода, хлора), в среде кислот, щелочей, солей, а также в расплавах солей и других веществ происходят специфические реакции с привлечением металлических материалов, из которых сделаны аппараты, в которых осуществляется химический процесс.
Газовая коррозия происходит при повышенных температурах. Под ее влияние попадают арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания. Электрохимическая коррозия происходит, если металл содержится в любом водном растворе.
Наиболее активными компонентами окружающей среды, которые действуют на металлы, является кислород О2, водяной пар Н2О, карбон (IV) оксид СО2, серы (IV) оксид SО2, азота (IV) оксид NО2. Очень сильно ускоряется процесс коррозии при контакте металлов с соленой водой. По этой причине корабли ржавеют в морской воде быстрее, чем в пресной.
Суть коррозии заключается в окислении металлов. Продуктами коррозии могут быть оксиды, гидроксиды, соли и т.д. Например, коррозии железа можно схематично описать следующим уравнением:
4Fe + 6h3O + 3O2 → 4Fe (OH) 3.
Остановить коррозию невозможно, но ее можно замедлить. Существует много способов защиты металлов от коррозии, но основным приемом является предотвращение контакта железа с воздухом. Для этого металлические изделия красят, покрывают лаком или покрывают слоем смазки. В большинстве случаев этого достаточно, чтобы металл не разрушался в течение нескольких десятков или даже сотен лет.
Другой способ защиты металлов от коррозии электрохимическое покрытие поверхности металла или сплава другими металлами, устойчивых к коррозии (никелирование, хромирование, оцинковка, серебрение и золочение). В технике очень часто используют специальные коррозионностойкие сплавы. Для замедления коррозии металлических изделий в кислой среде также используют специальные вещества — ингибиторы.
xn----7sbfhivhrke5c.xn--p1ai
Доклад Химия Коррозия металла
Введение Коррозия стали и цветных металлов принципиально отличается от коррозионных процессов в неметаллических строительных материалах. Большинство так называемых драгоценных металлов, особенно сталь, в большей степени подвержены коррозии, чем неметаллические материалы. Средняя скорость коррозии основных металлов в условиях средне европейского климата представлена в табл. 2.1 Из таблицы видно, что наибольшие потери наблюдаются для обычных сталей. Приведённые данные являются усредненными. Загрязнение, воздуха, особенно вблизи химических заводов, приводит к значительному ускорению процессов коррозии. В результате коррозии происходят необратимые изменения - уменьшение площади сечения и снижение прочности, а также часто изменение внешнего вида поверхности металла. Химическая коррозия Химическую коррозию стали вызывают сухие газы и жидкости, не имеющие характера электролитов, например органические соединения или растворы неорганических веществ в органических растворителях, Химическая коррозия не сопровождается возникновением электрического тока. Она основана на реакции между металлом и агрессивным реагентом. Этот вид коррозии протекает в основном равномерно по всей поверхности металла. В связи с этим химическая коррозия менее опасна, чем электрохимическая. Продукты коррозии могут образовывать на поверхности металла плотный защитный слой, затормаживающий её дальнейшее развитие, или же пористый слой, не защищающий поверхность от разрушающего воздействия среды. В этом случае процесс коррозии продолжается до полного разрушения материала или период времени пока будет действовать агрессивная среда. Наиболее часто на практике встречается газовая коррозия стали, вызванная воздействием О2 , SO2 , h3S, CI, НС1, NO3 ,CO2 ,CO и h3 . Электрохимическая коррозия Электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами, в основном растворами кислот, оснований и солей. Механизм процесса коррозии зависит от структуры металла, а так же от типа электролита. Сталь, как всякий металл, имеет кристаллическое строение, при котором атомы располагаются в соответствующем порядке, образуя характерную пространственную решетку. Кристаллы железа имеют строение, значительно отличающиеся от идеальной схемы, так как имеются пустоты, не занятые атомами металла, трещины, включения примесей к газов . Металлы обладают хорошей электропроводностью, что обусловлено наличием свободных электронов, движение которых создает электрический ток. Числу свободных электронов соответствует эквивалентное число ион- атомов, т.е. атомов, утративших один или более электрон. В случае возникновения на концах металлического стержня разности потенциалов электроны движутся от полюса с высшим потенциалом к противоположному полюсу. Металлы, обладающие электронной проводимостью, являются проводниками первого рода, а электролиты которые имеют ионную проводимость проводниками второго рода. Каждый металл имеет так называемую термодинамическую устойчивость, т е. способность ион-атомов переходить в раствор электролита. При погружении какого-либо металла в чистую воду определенное число положительных ионов отрывается от металла и переходит в раствор, оставляя на поверхности металла соответствующее число электронов. В результате этого металл, погруженный в воду, имея избыток свободных электронов, получает отрицательный электрический заряд, а на границе раздела фаз образуется двойной электрический слой. Положительные ионы (благодаря притяжению зарядов с противоположным знаком) удерживаются вблизи поверхности металла. Возникает поле электрических сил, которое притягивает к металлу ионы, находящиеся в растворе. Однако накопление ионов металла приводит к затормаживанию его дальнейшего растворения. Через некоторое время при определенном потенциале наступает подвижное равновесие. Если металл погружается не в чистую волу, а в раствор, могут быть следующие случаи: 1. Энергия гидратации раствора недостаточна для нарушения связи между ион-атомами и электронами, При этом на поверхности металла будут накапливаться катионы из раствора, а поверхность приобретает положительный заряд. На границе металл - раствор устанавливается равновесие, а процесс коррозии прекращается. 2. Возможен переход ион-атомов в раствор, так как энергия гидратации больше чем энергия связи в металла. При этом коррозионный процесс протекает беспрепятственно. Металл, погруженный в электролит, является единичным электродом. Однако абсолютная величина разности потенциалов поверхности металла и соприкасающегося с ним слоя раствора (а следовательно, и склонность металла, из которого выполнен электрод, к коррозии) не поддается измерению. Поэтому за электрод с условным нулевым потенциалом принимается водородный электрод, относительно которого определяются потенциалы всех металлов. Это так называемые нормальные потенциалы. Водородный электрод состоит из пластины, покрытой платиновой чернью, погруженной в раствор НС1 и омываемой водородом. Нормальный потенциал может быть положительным или отрицательным. Он определяется при составлении элемента, одним электродом которого является водородный электрод, а другим - металл, погруженный в раствор соли этого металла при температуре 25' С и нормальном давлении. Величина потенциала зависит не только от типа металла, но и от концентрации раствора, температуры и давления. Все металлы в соответствии с их нормальными потенциалами, определенными по отношению к водородному электроду, образуют определенный ряд. Этот ряд позволяет определить разность потенциалов, которая возникает между двумя металлами, погруженными н абсолютно чистую, дистиллированную воду. По положению металла в ряду потенциалов можно сделать вывод о том, что, например, железо при Контакте с медью будет подвергаться ускоренной коррозии. В присутствии же цинка коррозии будет подвергаться не железо, а цинк. Электролитом в этих случаях служить даже следы влаги. Величина потенциалов, возникающих на электроде зависит не только от металла, из которого выполнен электрод, по в еще большей степени от процессов, имеющих место на электроде. Как можно видеть, в зависимости от типа и содержания растворённых в воде солей изменению подвергаются не только нормальные потенциалы, но даже положение металла в ряду потенциалов. Коррозия при действии вод, не содержащих кислород. Коррозия стали в воде зависит от количества кислорода, имеющего доступ к поверхности металла.
В воде, не содержащей кислорода, коррозия протекает следующим образом : ион-атомы железа переходят в раствор, в результате чего на аноде происходит потеря металла, а его поверхность приобретает отрицательный заряд: Fе, Fе2++2е. Электроды от анода движутся к катоду, В воде носителями тока являются водородные ионы Н+ и гидроокисные ионы ОН- , появляющиеся в результате диссоциации воды. Ионы железа, которые перешли в раствор, соединяются с гидроокисными анионами, образуя плохо растворимый гидрат закиси железа: Водородные катионы соединяются с электронами, и на катоде выделяется атомарный водород Н++е=Н. 0н образует на поверхности металла защитный слой, уменьшающий скорость коррозии стали (так называемая водородная деполяризация). В некоторых случаях атомарный водород соединяется в молекулы газа Н+Н — Н2. Пузырьки водорода растут и отрываются от электрода, как только достигнут такой величины, чтобы преодолеть поверхностное натяжение. В этом случае эффект защитного слоя исчезает. Если сталь соприкасается с раствором с рН>7, водород выделяется в атомарном виде, а следовательно, создаются условия, способствующие образованию защитного слоя. Из растворов же с рН<7 водород выделяется в виде газа. Интенсивность процесса коррозии н воде, не содержащей кислорода, зависит таким образом от величины pH. Коррозия при действии вод, содержащих кислород. В случае когда сталь соприкасается с водой, содержащей кислород, коррозия происходит иначе.
Содержащийся в воде кислород связывает водород, образующий защитный слой на поверхности железа (кислородная деполяризация). А двухвалентное железо подвергается окислению в трехвалентное
Гидроокись железа в дальнейшем может переходить в гидра тированные окиси (обычно называемые - пучиной) Продукты коррозии не образуют плотно прилегающего к поверхности металла защитного слоя. Это обусловлено, по-видимому, более чем двукратным увеличением объема которое имеет место при переходе гидроокиси железа в гидрат закиси железа. Наличие кислорода в воде ускоряет коррозию стали, причем увеличение концентрации кислорода до определенного предела приводит к резкому увеличению коррозионной активности среды. При дальнейшем повышении содержания кислорода скорость коррозии уменьшается в результате пассивации. Влияние рН на коррозию стали. Показатель концентрации водородных ионов является вместе с тем показателем активности этих ионов. Низкие значения рН (0 - 7) соответствуют высокой концентрации ионов водорода, которая имеет место в кислых растворах. Значения рН (7 - 14) соответствуют основным растворам с малой активностыо водородных ионов. Следует учитывать, что во всем диапазоне шкалы рН от 0 до 14 потенциал Fе/Fe2+ ниже потенциала водородного электрода. Следовательно, сталь всегда может подвергаться растворению на аноде при одновременном образовании водорода на катоде. При низких значениях рН, т. е. при высокой концентрации водородных ионов, растворы интенсивно разрушают сталь. При значениях рН больше 9 процесс коррозии затормаживается. Атмосферная коррозия стали. Наиболее часто встречающимся на практике типом коррозии стали является образование ржавчины под влиянием атмосферных воздействий (чаще всего кислорода и влажности), В сухом атмосферном воздухе сталь практически не подвергается коррозии. Атмосферная коррозия носит электрохимический характер, причем электролитом является слой влаги, имеющийся на поверхности металла.
Протекание процессов коррозии в атмосферных условиях аналогично коррозии стали в воде, содержащей кислород. Продукты коррозии, покрывающие металл, представляют собой гидра тированные окиси железа с составом, определяемым формулой Скорость атмосферной коррозии зависит от содержания влаги в воздухе. Повышение относительной влажности воздуха до 70-75% приводит к сравнительно небольшим потерям стали. При влажности, превышающей эти значения, наблюдается интенсивное ускорение процессов коррозии . Загрязнение воздуха агрессивными продуктами такими, как СО2, SО2, CI2, h3S, дым и сажа, усиливает коррозию. Сталь, в течение нескольких лет подвергавшаяся воздействию промышленной атмосферы, имеет значительно большие потери, чем сталь в условиях сельской местности . Ингибиторы Ингибиторы представляют собой вещества, замедляющие процесс коррозии. Ингибирующее воздействие на металлы, прежде всего на сталь, оказывает целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии. Ингибиторы в соответствии с Х. Фишером можно сгруппировать следующим образом: экранирующие, покрывающие поверхность металла тонкой пленкой. Пленка образуется в результате поверхностной адсорбции. При воздействии физических ингибиторов химических реакций не происходит; окислители (пассиваторы) типа хроматов, вызывающие образование на поверхности металла плотно прилегающего защитного слоя окисей, которые замедляют протекание анодного процесса. Эти слои не очень стойки и при определенных условиях могут подвергаться восстановлению. Эффективность пассива торов зависит от толщины образующегося защитного слоя и его проводимости; катодные, повышающие перенапряжение катодного процесса. Они замедляют коррозию в растворах неокисляющих кислот. К таким ингибиторам относятся соли или окислы мышьяка и висмута. Эффективность действия ингибиторов зависит в основном от условий среды, поэтому универсальных ингибиторов нет. Для их выбора требуется проведение исследований н испытаний. Наиболее часто применяются следующие ингибиторы: нитрит натрия, добавляемый, например, к холодильным соляным растворам, фосфаты и силикаты натрия, бихромат натрия, различные органические амины, сульфоокись бензила, крахмал, танин и т. п. Поскольку ингибиторы со временем расходуются, они должны добавляться в агрессивную среду периодически. Количество ингибитора, добавляемого в агрессивные среды, невелико. Например, нитрита натрия добавляют в воду в количестве 0,01 - 0,05%. Ингибиторы подбираются в зависимости от кислого или щелочного характера среды. Например, часто применяемый в качестве ингибитора нитрит натрия может использоваться в основном в щелочной среде и перестает быть эффективным даже в слабокислых средах.
works.tarefer.ru
Коррозия металлов
Разделы: Химия, Информатика, Конкурс «Презентация к уроку»
Презентация к уроку
Загрузить презентацию (585,7 кБ)
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цели урока:
сформировать представление у школьников о
сущности коррозии металлов;
создать условия наглядности при помощи средств
ИКТ.
Задачи урока:
Образовательные:
Развивающие:
развить практические умения по защите металлов
от коррозии в быту;
создать условия для развития навыков
логического мышления и обобщения;
развить умения применять ИКТ.
Воспитательные:
научить применять свои знания на практике;
вырабатывать у школьников познавательную
активность, интерес к предмету.
Тип урока: урок изучения и
первичного закрепления новых знаний.
В народном хозяйстве используется
огромное количество металлических материалов в
виде различных изделий. Но металлы и сплавы на
основе металлов, приходя в соприкосновение с
окружающей их средой, подвергаются разрушению.
Причина этого разрушения лежит в химическом
взаимодействии: металлы вступают в
окислительно-восстановительные реакции с
веществами, находящимися в окружающей среде, и
окисляются.
Самопроизвольное разрушение
металлических материалов под воздействием
окружающей среды называется коррозией (слайд
№2).
Проблема: Ежегодно из-за коррозии
безвозвратно теряются огромные количества
металла, более 20 миллионов тонн. Еще больший вред
связан с порчей металлических изделий,
вызываемой коррозией.
Коррозия вызывает серьезные
экологические последствия. Утечка газа, нефти и
других опасных химических продуктов из
разрушенных коррозией трубопроводов приводит к
загрязнению окружающей среды, что отрицательно
воздействует на здоровье и жизнь людей. Для
успешного решения этой проблемы необходимо
знать механизм процессов, приводящих к
разрушению металлов.
Механизм
окислительно-восстановительных реакций зависит
от того, в какой среде они происходят, в связи с
этим различают два основных вида коррозии:
химическую и электрохимическую.
3 слайд: Химическая (или газовая)
коррозия– это разрушение металлов в результате
их химического взаимодействия с веществами
окружающей среды.
Химическая коррозия часто наблюдается
в процессе обработки металлов при высоких
температурах. Ей подвергаются арматура печей,
детали двигателей внутреннего сгорания,
аппаратура химических производств и т.д. При
химической коррозии происходит взаимодействие
металла с газами, находящимися в составе среды.
Чаще всего это кислород. Металл окисляется, и на
его поверхности образуются различные
соединения:
4Fe0 + 3O2 —> 2Fe+32O3
2Fe0 + 3O2 + 3SO2 —> Fe2+3(SO4)3
2Zn0 + O2 —> 2Zn+2O
Большинство металлов окисляется
кислородом воздуха, образуя на поверхности
оксидные пленки, Если эта пленка прочная,
плотная, хорошо связана с металлом, то она
защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие
защитные пленки появляются у Zn, Al, Cr, Ni, Sn, Pb, Nb и др.
У железа она рыхлая, пористая, легко отделяется
от поверхности металла и не способна защитить
его от дальнейшего разрушения (слайд № 4).
Сообщение ученика: Для
изготовления аппаратуры, подвергающейся газовой
коррозии, применяют жаростойкие сплавы из чугуна
и стали. В их состав вводят хром, кремний,
алюминий; применяются также сплавы на основе
никеля или кобальта. Для предотвращения
коррозии, поверхность изделия, в горячем
состоянии насыщают некоторыми металлами,
обладающими защитным действием (например,
алюминием или хромом). Таким образом, создают на
поверхности защитную пленку, т.е. металл
пассивируют.
Однако наибольший вред приносит
электрохимическая коррозия.
5 слайд: Электрохимическая
коррозия– это разрушение металлов в среде
электролита с возникновением в системе
электрического тока.
Как правило, металлы и сплавы
неоднородны, содержат различные примеси. При их
контакте с электролитами одни участки
поверхности начинают выполнять роль анода, а
другие роль катода. В этом случае образуется
гальванический элемент, электродами которого и
являются металлы, находящиеся в растворе
электролита. Возникает электрохимический
процесс, т.е. наряду с химическими процессами
(отдача электронов), протекают и электрические
(перенос электронов от одного участка к другому).
Электрохимическая коррозия протекает
в присутствии влаги. Ей подвергаются подводные
части судов в морской и пресной воде, паровые
котлы, металлические сооружения и конструкции
под водой и в атмосфере.
Проблемная ситуация: Предположим,
что железные листы соединили друг с другом
медными заклепками. Эта конструкция оказалась на
улице большого промышленного города под дождем.
Почему произошло разрушение железного
листа при контакте с медными заклепками? (слайд
№6). Рассмотрим электрохимический ряд
напряжений металлов (слайд №7). Все металлы по
химической активности располагают в ряд, которым
пользуются для предвидения результатов реакции.
При возникновении гальванической пары
сила возникающего электрического
тока тем больше, чем дальше стоят
металлы друг от друга в ряду напряжений. При этом
поток электронов от более активного металла идет
к менее активному металлу. Более активный металл
(железо), расположенный в ряду напряжений левее,
будет разрушаться (т.к. является анодом),
предохраняя тем самым менее активный металл от
коррозии (медь).
Коррозионные процессы весьма
разнообразны, рассмотрим их протекание в
различных средах электролита (слайд №8).
В кислотной среде атомы железа
отдают электроны, которые переходят к меди и на
ее поверхности соединяются с ионами водорода,
выделившимися из компонентов среды. На катоде
идет процесс восстановления ионов водорода с
образованием газообразного водорода.
В щелочной или нейтральной среде
идет восстановление кислорода, растворенного в
воде с образованием OH-. Далее катионы
железа и гидроксид-ионы соединяются с
образованием неустойчивого гидроксида железа
(II), который далее окисляется до оксида железа (III).
При использовании металлических
материалов очень важен вопрос о скорости их
коррозии. От чего зависит скорость коррозии? (слайд
№9).
Перед вами 5 пронумерованных стаканов.
В 1-ом стакане железный гвоздь
находится в воде.
Во 2-ом стакане железный гвоздь в
растворе хлорида натрия.
В 3-ем стакане к железному гвоздю
прикрепили медную проволоку и они находятся в
растворе хлорида натрия.
В 4-м стакане железный гвоздь находится
в контакте с цинком, и они помещены в раствор
хлорида натрия.
В 5-ом стакане железный гвоздь
находится в растворах хлорида и гидроксида
натрия.
Давайте сравним полученные результаты
и объясним результаты эксперимента (демонстрация
приготовленного за несколько дней опыта по
коррозии).
Проблема: Почему в одних случаях
коррозия усиливается, а в других замедляется?
Объясните процессы, происходящие в каждом
стакане.
Объяснения учеников:
В стакане №1 – железо
прокорродировало слабо, в чистой воде коррозия
идет медленно. Мы наблюдаем химическую коррозию.
В стакане №2 – идет химическая
коррозия, но здесь скорость коррозии выше, чем в
1-ом стакане, следовательно, хлорид натрия –
увеличивает скорость коррозии.
В стакане №3– мы наблюдаем
электрохимическую коррозию (железо находится в
контакте с медью). Скорость коррозии высока, т.к.
раствор хлорида натрия – сильный электролит.
Суммарное уравнение: Fe0 + 2H+ Fe2+
+ h3 0
В стакане №4– также идет коррозия, но
не железа, а цинка, т.к. железо менее активный
металл является катодом, а цинк анодом:
В стакане №5 – железо практически не
подвергается коррозии, следовательно, гидроксид
натрия – замедляет коррозию, гидроксид-ионы
являются ингибиторами, т.е. замедляют коррозию.
Вывод: Катионы водорода и растворенный
в воде кислород – важнейшие окислители,
вызывающие электрохимическую коррозию. Скорость
коррозии тем больше, чем сильнее отличаются
металлы по своей активности (т.е. чем дальше друг
от друга они расположены в ряду напряжений
металлов).
Для предупреждения коррозии и защиты
от нее применяются разнообразные методы (слайд
№10).
Шлифование поверхностей изделия – чтобы на них
не задерживалась влага.
Приготовление химически стойких сплавов
(сплавы, содержащие хром, никель, которые при
высокой температуре на поверхности металла
образуют оксидный слой), нержавеющие стали, из
которых изготавливают детали машин, инструменты,
посуду (ножи, вилки…).
Нанесение защитных покрытий.
Неметаллические – неокисляющиеся масла,
специальные лаки, краски, эмали.
Химические – искусственно создаваемые
поверхностные пленки: оксидные, нитратные,
фосфатные, полимерные и другие. Например, железо
пассивируют погружением в концентрированную
азотную кислоту.
Полимерные покрытия изготавливают из
полиэтилена, полихлорвинила, полиамидных смол.
Наносят их двумя способами: нагретое изделие
помещают в порошок полимера, который плавится и
приваривается к металлу, или поверхность металла
обрабатывают раствором полимера в низкокипящем
растворителе, который быстро испаряется, а
полимерная пленка остается на изделии.
Металлические.
Сообщение ученика: В качестве
металлов для покрытия обычно применяют металлы,
образующие на своей поверхности защитные пленки.
К таким металлам относятся хром, никель, цинк,
кадмий, алюминий, олово и некоторые другие. Реже
применяются металлы, имеющие высокий
электродный потенциал – серебро, золото. Чаще
всего металлические покрытия наносят с помощью
гальванотехники.
Никелевые покрытия нарядны,
стойки, прочны. Поэтому никелирование – самый
распространенный в гальванотехнике процесс.
4.Электрохимические методы
Протекторная (анодная) – к защищаемой
металлической конструкции, присоединяют кусок
более активного металла (протектор), который
служит анодом и разрушается в присутствии
электролита, В качестве протектора при защите
корпусов судов, трубопроводов, кабелей и других
металлических изделий используют магний,
алюминий, цинк.
Катодная – металлоконструкцию подсоединяют к
катоду внешнего источника тока. Происходит
электрозащита – нейтрализация тока,
возникающего при коррозии, постоянным током,
пропускаемым в противоположном направлении.
5.Подавление влияния коррозионной
среды.
Введение веществ – ингибиторов, замедляющих
коррозию (нитрит натрия, хромат и дихромат калия,
фосфаты натрия и другие). Защитное действие этих
веществ обусловлено тем, что они адсорбируются
на поверхности металла и каталитически снижают
скорость коррозии, а некоторые из них (хроматы и
дихроматы) переводят металл в пассивное
состояние.
Удаление растворенного в воде кислорода
(деаэрация).
Таким образом, металлы и сплавы можно
защищать от коррозии двумя способами: изоляцией
поверхности металла от среды и искусственным
повышением коррозионной стойкости путем
замедления процессов коррозии.
Наиболее распространенные типы и виды
коррозии можно представить с помощью схемы (слайд
№ 11).
Для закрепления материала ответьте на
следующие вопросы:
Какой вид коррозии приносит больший вред?
Почему луженый бак в местах повреждения быстро
ржавеет, а оцинкованный при тех же условиях не
разрушается?
Почему считают, что рядом со стальной коронкой
не рекомендуется ставить золотую?
