Лабораторная работа № 12 «коррозия металлов и методы защиты от коррозии»

Цель и содержание работы:

Смоделировать в лабораторных условиях процессы электрохимической коррозии металлических изделий и методы защиты их от коррозионных разрушений.

Теоретическое обоснование

Самопроизвольный процесс разрушения металлов под действием окружающей среды называется коррозией.

По механизму протекания коррозия подразделяется на химическую и электрохимическую. Под химической коррозией понимают обычную гетерогенную реакцию, протекающую на поверхности металла. Например, разрушение железа при нагревании на воздухе. В этом случае продуктом коррозии является оксид железа (окалина) 2Fe + O₂ = 2FeO.

Электрохимическая коррозия протекает в среде электролита. Причиной электрохимической коррозии является образование гальванопар - участков с разным значением электродного потенциала. Реакция коррозии состоит из двух стадий: одна протекает на участке с меньшим потенциалом (анодном участке), другая на участке с большим значением электродного потенциала (катодном участке).

Методы защиты металлов от коррозии включают электрохимические методы, защиту посредством металлических покрытий, химических пленок, ингибиторов. Выбор того или иного метода защиты определяется характером среды, условиями эксплуатации детали. Наиболее широко от электрохимической коррозии используются покрытия металлического и неметаллического характера.

Аппаратура и материалы:

Штатив с пробирками, фарфоровый тигель, 2 н. раствор серной кислоты, раствор соляной кислоты, азотная кислота (конц.), раствор гексацианоферрата калия K₃[Fe(CN)₆], раствор уксусной кислоты, 5% раствор KI, цинк, медная проволока, оцинкованное и луженое железо, железные гвозди, свинец.

Методика выполнения работы:

Опыт 1. Коррозия при контакте различных металлов

1. Возьмите две пробирки и налейте в них на 1/3 объема 2 н раствора серной кислоты.

2. В одну пробирку опустите кусочек цинка, в другую – медную проволоку, зачищенную наждачной бумагой.

3. Затем перелейте содержимое пробирки с медной проволокой в пробирку с цинком так, чтобы медная проволока коснулась кусочка цинка.

Наблюдения и выводы. Отметьте, что происходит в каждой пробирке при внесении кусочков металлов. На каком металле будет наблюдаться выделение водорода при сливании двух пробирок? Запишите схему коррозионного медно-цинкового гальванического элемента с водородной деполяризацией на катоде.

Опыт 2. Защита от коррозии металлическим покрытием

1. В две пробирки налить на 1/3 их объема раствор соляной кислоты и 1-2 капли раствора гексацианоферрата калия (III) K₃[Fe(CN)₆]. Последний является реактивом на ионы Fe⁺³, с которым он дает интенсивно синее окрашивание.

2. Перемешайте содержимое пробирок, в одну опустите кусочек оцинкованного железа, в другую – кусочек луженого железа.

3. Дайте пробиркам постоять пять минут.

Наблюдения и выводы. Отметьте, в какой пробирке появилось синее окрашивание по краям металлической пластинки. Дайте объяснение. Какое из покрытий на железе выполняет роль катодного и анодного покрытия и почему? Составьте уравнения реакций анодных и катодных процессов при действии гальванопары Fe-Sn и Fe-Zn с водородной деполяризацией. Для сравнения составьте схему действия гальванопары Fe-Sn с кислородной деполяризацией.

Опыт 3. Пассивирование металлов и роль защитных пленок в процессе коррозии

1. Зачистить наждачной бумагой два железных гвоздя.

2. Один гвоздь пассивируйте, т. е. опустите его в пробирку с налитой на 1/3 ее объема концентрированной азотной кислотой и подержите его 1-2 минуты.

3. Затем выньте гвоздь из пробирки, промойте водой из-под крана, обсушите фильтровальной бумагой.

4. Опустите пассивированный гвоздь в пробирку с раствором серной кислоты.

5. Для сравнения опустите в раствор серной кислоты необработанный, т. е. непассивированный гвоздь.

Наблюдения и выводы. На каком гвозде быстрее выделяется водород? Увеличилось или уменьшилось выделение водорода после пассивирования? Дайте объяснения. Отметьте роль оксидной пленки, образованной на металле при обработке концентрированной азотной кислотой, по отношению к коррозии.

Опыт 4. Протекторная защита

1. В две пробирки с раствором разбавленной уксусной кислоты прилейте несколько капель 5%-ного раствора КI.

2. В одну пробирку опустите кусочек свинца, а в другую - кусочки свинца и цинка так, чтобы они соприкасались.

Наблюдения и выводы. Наблюдайте, где быстрее будет разрушаться свинец (там где быстрее появится желтый осадок, так как ионы I^- играют роль индикатора для ионов Pb²⁺, образуя с ним малорастворимое соединение иодид свинца PbI₂). Составьте схему действия гальванопары Pb-Zn. Какой металл играет роль протектора?

Контрольные вопросы:

1. При каких условиях возникают химическая и электрохимическая коррозии?

2. Напишите уравнение реакции коррозии железа: а) в атмосфере влажного воздуха; б) в растворе гидроксида натрия.

3. Объясните сущность каждой электрохимической защиты от коррозии.

4. Железная деталь покрыта свинцом, работает в воде. В случае нарушения целостности покрытия какой металл будет разрушаться? Напишите уравнение реакций на катодном и анодном участках.