Коррозия металлов и методы защиты

Коррозия металлов  и методы защиты
Цели. Повторить и закрепить сущность процессов химической и электрохимической коррозии металлов, понятие о гальваническом элементе, основные методы антикоррозионной защиты (конкретные примеры, эксперимент в лабораторных условиях).
Оборудование и реактивы. Наждачная бумага (для зачистки), щипцы тигельные, тигель для расплавления гранул цинка, муфельная печь, спиртовка, спички, держатель для пробирок, штатив с пробирками, стеклянная воронка, U-образная трубка, очищенный железный гвоздь – электрод с пробкой, угольный электрод с пробкой, медный соединительный проводник, санитарная склянка;
Zn (2 гранулы), Сu (тонкая проволока без изоляции), Н2SO4 ( = 10%), HCl (разб.), растворы CuSO4, NaCl, K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль), Fe (мелкие стружки или очищенная мелкая проволока в кусочках), стальные пластинки (2 шт.), уротропин (1/2 таблетки), фенолфталеин (спиртовой р-р).
Коррозия (от лат. «corrosio») – разрушение металлов и их сплавов в результате воздействия на них окружающей среды.
Виды коррозии
Химическая (газовая) коррозия
Взаимодействие металлов и сплавов с кислородом и другими агрессивными газами (галогенами, SO2, H2S, СО2, водяными парами, окcидами азота и др.), разрушающее действие жидких неэлектролитов и металлических расплавов, т. е. окислительно-восстановительный процесс взаимодействия металлов и сплавов с веществами окружающей среды. Например, на железе уже при t > 200 °С образуется видимая пленка окалины (FеО, Fe2О3, Fe3О4), содержащая трещины, поры и не защищающая металл от дальнейшего разрушения.
Задание 1. С целью оценки экологической опасности для окружающей среды и разрушающего действия на аппаратуру, состоящую большей частью из сплавов железа, был проведен анализ состава воздуха на химическом предприятии. При повышенной температуре в воздухе обнаружены водяные пары, сера, хлор, пары соляной и серной кислот. Уравнениями реакций показать сущность химической коррозии.
Задание 2. На воздухе соли Fe2+ приобретают бурую окраску. Закончить уравнения реакций на основе электронного баланса:
3FeСl2 + O2 + H2O = 2FeCl3 + Fe(OH)3,
... ;
3FeSO4 + O2 + H2O = 2Fe2(SO4)3 + Fe(OH)3,

... .
Электрохимическая коррозия
Коррозия возникает при взаимодействии металлов и сплавов с растворами электролитов, электропроводными органическими соединениями и расплавами солей. Коррозия – окислительно-восстановительный процесс, возникающий при контакте двух проводников с различной восстановительной активностью в среде электролита (взаимодействие гальванических пар).
Например, что будет происходить, если во влажной нейтральной среде на алюминиевую пластину поставлены медные заклепки?
Рассмотрим образование ржавчины на поверхности белого чугуна в нейтральной среде. Будучи более активным восстановителем, железо отдает из своей кристаллической структуры электроны, накапливающиеся в зернах цементита Fe3C.
Fe2O3•nH2O – бурая ржавчина.
Если рН среды меньше 7, то происходит и водородная деполяризация катода (с выделением H2).
Задание 3. Какие из перечисленных ниже условий будут:
1) способствовать электрохимической коррозии;
2) препятствовать электрохимической коррозии?
а) неоднородность сплава;
б) чистые поверхности металла;
в) влажность окружающего воздуха;
г) погружение в раствор NaCl;
д) наличие на поверхности металла плотной оксидной пленки;
е) присутствие в воздухе SO2;
ж) покрытие поверхности металла жировым слоем.
(Ответ дать в следующей форме: 1–а и т. д.)
Основные методы защиты
металлов от коррозии
Отделение металла от агрессивной среды Обработка агрессивной среды Электрохимические методы защиты Использование коррозионно-устойчивых металлов и сплавов
Нанесение металлических покрытий
(лужение, меднение, хромирование, серебрение…)  Ингибирование (введение веществ, замедляющих коррозию металлов) Протекторная защита
(протектор – металл
с большей электрохимической активностью – разрушается
в первую очередь) Металлы – медь, титан, хром, никель
Неметаллические покрытия
(смазка, крашение, лакирование, эмалирование, фосфатирование, оксидирование…) Удаление агрессивных веществ,
очистка среды, контактирующейс металлом Kатодная защита (металлическое сооружение, подключенноек источнику тока, – катод,
заземление – анод;
анод разрушается
в первую очередь) Сплавы железа (нержавеющая сталь),
меди (латунь, олово), алюминия, титана и др.

Порядок работы
Задания Наблюдения и выводы
Собрать прибор (по схеме). В оба колена U-образной трубки через воронку залить раствор NаСl, осторожно в левое колено добавить несколько капель красной кровяной соли (реактив на Fe2+),
в правое – спиртовой раствор фенолфталеина. Закрыть отверстия трубки пробками с электродами, соединив последние медным проводником. Объяснить происходящие изменения соответствующими схемами и уравнениями реакций. …
Установку отставить в сторону и наблюдать в течение всего занятия

Kакой вид коррозии происходит
в данном случае? …
В две пробирки поместитьпо грануле цинка и прилить равные объемы разбавленной H2SO4. Обратить внимание на скорость реакции.
В одну из пробирок добавить несколько капель раствора СuSO4, в другой – прикоснуться медной проволокой к грануле Zn. Наблюдать

Kак влияет на скорость химической реакциидобавление раствора сульфата меди(II)? Объяснить, обосновать соответствующими уравнениями реакций и схемой.
K каким последствиям приводит контакт цинка с медью в среде электролита? Обосновать …
Расплавить 1–2 гранулы цинка и опустить в расплав тщательно очищенную железную проволоку. Наблюдать покрытие цинком поверхности железа. Железную проволоку без цинка и с осажденным цинком поместить в 10%-й раствор Н2SO4, наблюдать не менее 10 мин Объяснить наблюдаемые превращения. Kакое название носит подобная защита железа?  …
В две пробирки налить по 1,5–2 мл соляной кислоты и в одну из них внести полтаблетки уротропина. Затем в каждую пробирку внести очищенные тонкие кусочки железной (стальной) проволочки. Наблюдать Сравнить скорость реакции в присутствии и в отсутствие уротропина, объяснить наблюдаемое. Kакова в данном случае роль уротропина? …
Очистить две стальные пластинки наждачной бумагой и одну из них нагреть до появления следов «побежалости» (т.е. следов
оксидной пленки). Затем нанести по капле раствора СuSO4 на оба образца. Наблюдать По скорости появления темного пятна на образцах оценить защитные свойства оксидной пленки.Составить уравнения происходящих реакций …