22. Коррозия металлов. Электрохимическая коррозия. Протекторная и электрохимическая защита металлов от коррозии.

Коррозия представляет собой окислительно-восстановительный процесс разрушения металла при взаимодействии с окружающей средой (от латинского слова «corrodere»  разъедать).

Электрохимическая коррозия

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:

4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4FeO(OH)•H₂O

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. Особо сильно действуют хлорид-ионы (содержащиеся, например в морской воде или в воде, образовавшейся при таянии снега зимой, когда дороги посыпают солью), так как они катализируют процесс коррозии. С получающимися в процессе коррозии Fe³⁺-ионами ионы хлора образуют растворимые комплексы (FeCl₄^-), что способствует ускорению окисления металла.

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 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. 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.

Электрохимическая защита. Различают два вида электрохимической защиты: катодная ипротекторная. В обоих случаях создаются условия для возникновения на защищаемом металле высокого электроотрицательного потенциала.

Протекторная защита. Защищаемое от коррозии изделие соединяют с металлическим ломом из болееэлектроотрицательного металла (протектора).

Катодная защита отличается от протекторной тем, что защищаемая конструкция, находящаяся в электролите , присоединяется к катоду внешнего источника тока. В ту же среду помещают кусок металла, который соединяют с анодом внешнего источника тока Во многих случаях металл предохраняет от коррозии образующаяся на его поверхности стойкая оксидная пленка (так, на поверхности алюминия образуется Al₂O₃, препятствующий дальнейшемуокислению металла). Однако некоторые ионы, например Cl^–, разрушают такие пленки и тем самым усиливают коррозию.

23. Дисперсные системы. Классификация по различным признакам. Поверхностные явления. Строительные материалы.

Дисперсными называются системы, компоненты которых равномерно распределены друг в друге. Слово дисперсный означает рассеянный, раздробленный. Дисперсностью (Д) называется величина, обратная среднему диаметру частиц:, м^-1 .

По степени дисперсности все дисперсные системы принято разделять на две группы:

1)тонко(высоко)дисперсные, или коллоидные системы (Д = 10⁷ ÷ 10⁹ м⁻¹, r = 0,001 ÷ 0,1 мкм);

2)грубодисперсные системы (суспензии и эмульсии), Д < 10⁷ м⁻¹, r = 0,1 мкм.

Коллоидные растворы по размерам частиц дисперсной фазы занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами.

Они подразделяются на лиофобные (гидрофобные) и лиофильные (гидрофильные). Гидрофобными золями называются коллоидные растворы, в которых взаимодействие (сольватация, гидратация) между дисперсной фазой и средой отсутствует или выражено очень слабо.

Если это взаимодействие выражено сильно, то такие коллоидные растворы называют гидрофильными. В этих системах частицы дисперсной фазы окружены сольватной (гидратной) оболочкой, состоящей из молекул дисперсионной среды.

Коллоидные частицы иногда образуют структурированные студнеобразные системы, называемые гелями.

При набухании дисперсной фазы получаются лиофобные гели, обычно называемые студнями.

Поверхностные явления. Поглощение вещества одной фазы другой фазой называют сорбцией, поглощающее вещество  сорбентом, а поглощаемое – сорбтивом. Изменение концентрации вещества на границе раздела фаз называют поверхностным поглощением или адсорбцией. Иногда поглощение одного вещества другим не ограничивается поверхностным слоем, а происходит во всём объёме сорбента. Такой процесс называют объёмным поглощением, или абсорбцией.

Грубодисперсные системы. Эмульсии. Эмульсией называется система, состоящая из двух взаимно не растворимых жидких фаз, одна из которых распределена в другой в виде мельчайших капелек.Эмульсии, как правило, неустойчивы и разрушаются при хранении.

Пены. Пеной называется дисперсная система, состоящая из ячеек, заполненных газом и отделённых друг от друга плёнкой жидкости очень малой толщины. Суспензии – это дисперсные системы, представляющие собой взвеси твёрдых частиц в жидкостях; концентрированные суспензии называются иногда пастами. Частицы суспензии – это мелкие кристаллики, практически нерастворимые в окружающей их жидкости.

24. s-Элементы IА группы. Общая характеристика. Натрий. Содержание в природе. Способы получения. Химические свойства. Соединения натрия: оксид, пероксид, гидроксид, соли.

В IA группу входят литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Эти элементы называют щелочными элементами.Иногда в IA группу включают и водород. Таким образом, в эту группу входят элементы каждого из 7 периодов.Наиболее легко отдают свои валентные электроны атомы элементов .  IА группы, при этом из атомов щелочных элементов образуются однозарядные катионы, а из атомов щелочноземельных элементов и магния – двухзарядные катионы. Степени окисления в соединениях у щелочных элементов равна +1. Из химических свойств этих металлов наиболее важны их восстановительные свойства. Щелочные металлы – сильнейшие восстановители. Литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций называют щелочными металлами, так как их гидроксиды представляют собой щелочи. Общая валентная электронная формула элементов IA группы – ns¹. Из щелочных металлов, сгорая в кислороде, обычный оксид образует только литий. Остальные щелочные металлы образуют пероксиды (M₂O₂) или надпероксиды (MO₂ – соединения, содержащие надпероксид-ион с формальным зарядом –1 е). В соединениях проявляет степень окисления +1 (имеет на внешнем электронном уровне один свободный электрон).  Натрий по своей распространенности в природе занимает 6 место среди элементов. Присутствует в атмосфере Солнца и в межзвездном пространстве, содержание натрия в земной коре — 2.3%, в морской воде — 1.05%. Натрий входит в состав человеческого организма, в крови содержится около 0.6% КаС1. Осмотическое давление крови поддерживается на необходимом уровне в основном за счет хлорида натрия. 

Оксиды этих элементов типичные основные оксиды. Они очень гигроскопичны: поглощая воду, превращаются в гидроксиды.  Гидроксиды натрия и калия – щелочи. Это твердые бесцветные кристаллические вещества, плавящиеся без разложения. Как и оксиды, они очень гигроскопичны: поглощая воду, превращаются в концентрированные растворы

В природе натрий встречается в виде минералов, основными из которых являются:  — галит (каменная соль) NaCl  — мирабилит (глауберова соль) Na₂SО₄ • 10Н₂О, — криолит Na₃А1F₆ — бура (тетраборат натрия) Na₂В₄О₇ • 10Н₂О

Получение:  Электролизом расплава гидроксида или хлорида натрия, к которому добавляют хлорид кальция для снижения температуры плавления.  Электролиз расплава протекает по следующей схеме: — расплав хлорида натрия: КаСl — Nа + Cl^-Катод (восстановление):  Анод (окисление):  Nа⁺ + е^- = Ка₀ — выделение металлического натрия. Cl – е^- = Cl° Cl^° + С1^° =С1₂ — выделение газообразного хлора.  — расплава гидроксида натрия:  Катод (восстановление): Анод (окисление):  Nа⁺ + е^- = Na^° — выделение металлического натрия. ОН^- - е^- = ОН⁰ 4ОН⁰ - 2Н₂О + О₂ - образование воды и выделение газообразного кислорода. 

25. s-Элементы IIА группы. Общая характеристика. Магний. Нахождение в природе. Химические свойства. Соединения магния. Применение.

Во IIA группу входят бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Последние четыре элемента имеют групповое название – щелочноземельные элементы.

Строение внешних электронных оболочек атомов элементов IIА подгруппы ns2. Поскольку заряд ядра атомов этих элементов на единицу больше, чем у атомного ядра щелочных металлов тех же периодов, внешние электроны сильнее при-тягиваются к ядру.

Кальций быстро окисляется на воздухе, а магний в этих условиях значительно устойчивее – он окисляется лишь с поверхности

Оксиды магния и кальция – ионные вещества; по химическому поведению они – основные оксиды. Оксид магния с водой не реагирует, а оксид кальция (тривиальное название – "негашеная известь") реагирует бурно с выделением теплотыГидроксид магния нерастворим в воде, тем не менее он является основанием.. Соли магния и особенно кальция входят в состав многих породообразующих минералов. Из этих горных пород наиболее известны мел, мрамор и известняк, основным веществом которых является карбонат кальция. Карбонаты кальция и магния при нагревании разлагаются на соответствующие оксиды и углекислый газ. С водой, содержащей растворенный диоксид углерода, эти карбонаты реагируют, образуя растворы гидрокарбонатов, например:MCO₃ + CO₂ + H₂O = M² + 2HCO₃.

магний — один из десяти наиболее распространенных элементов земной коры (8-е место). В ней содержится 2,35% магния по массе. Из-за высокой химической активности в свободном виде магний не встречается, а входит в состав множества минералов — силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и др. Так, магний содержат широко распространенные силикаты оливин (Mg,Fe)₂[SiO₄] и серпентин Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀]. Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест, магнезит, доломит MgCO₃·CaCO₃, бишофит MgCl₂·6H₂O, карналлит KCl·MgCl₂·6H₂O, эпсомит MgSO₄·7H₂O, каинит KCl·MgSO₄·3H₂O, астраханит Na₂SO₄·MgSO₄·4H₂O и др. Магний содержится в морской воде (4% Mg в сухом остатке), в природных рассолах, во многих подземных водах.

Получение: обычный промышленный метод получения металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl₂, натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния:MgCl₂ (электролиз) = Mg + Cl₂.

Расплавленный металл периодически отбирают из электролизной ванны, а в нее добавляют новые порции магнийсодержащего сырья. Так как полученный таким способом магний содержит сравнительно много — около 0,1% примесей, при необходимости «сырой» магний подвергают дополнительной очистке. С этой целью используют электролитическое рафинирование, переплавку в вакууме с использованием специальных добавок — флюсов, которые «отнимают» примеси от магния, или перегонку (сублимацию) металла в вакууме. Чистота рафинированного магния достигает 99,999% и выше.

Разработан и другой способ получения магния — термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс: MgO + C = Mg + CO

Применение: основная часть добываемого магния используется для получения различных легких магниевых сплавов. В состав этих сплавов, кроме магния, входят, как правило, алюминий, цинк, цирконий. Такие сплавы достаточно прочны и находят применение в самолетостроении, приборостроении и для других целей.