Лабораторна робота № 8 корозія металів

Мета роботи – ознайомлення студентів з основними типами корозії і способами захисту металів від корозії.

ВИМОГИ ДО ЗНАНЬ ТА УМІНЬ

Студент повинен знати: -у чому сутність хімічної та електрохімічної корозії;

- фактори, що впливають на корозію;

- методи захисту металів від корозії.

Студент повинен вміти: - визначити тип корозії;

- описати катодні і анодні процеси електрохімічної корозії;

- вибрати найбільш ефективні методи захисту металів від корозії.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Майже всі метали у техніці є неоднорідними і наявність у них різних домішок веде до виникнення на поверхні великої кількості мікрогальванічних пар. Роль електроліту виконує гігроскопічна волога, що утворює на поверхні металу плівки товщиною у декілька десятків молекулярних шарів.

Той компонент окисленого середовища, який здатний поглинати загублені металом електрони, називається деполяризатором.

Якщо деполяризаторами є катіони водню, то має місце воднева деполяризація, а якщо атоми кисню – киснева деполяризація.

Захист від корозії здійснюється різними способами в залежності від природи металу, його призначення та умов експлуатації. З одного боку, збільшують корозійну стійкість металу; з другого – знижують корозійну стійкість навколишнього середовища.

До основних методів захисту металів можна віднести такі: захисні покриття (неметалеві, металеві та хімічні); захист електричним струмом (електрохімічний), одержання сплавів, зміна агресивності середовища тощо.

Захисні покриття. Неметалеві – покривання поверхні металів фарбою, лаком, емаллю, смолою тощо.

Металеві – покривання одних металів іншими, можна здійснювати 4 способами:

1. Гальванічний спосіб.

2. Гарячий спосіб.

3. Спосіб металізації.

4. Спосіб алітірування.

В залежності від положення металів у ряді напруги, розрізняють анодне і катодне.

У випадку анодного покриття метал, що виконує роль покриття, має меншу величину стандартного електродного потенціалу, ніж метал, який підлягає захисту (наприклад, оцинковане залізо).

У випадку катодного покриття стандартний електродний потенціал покриття більший, ніж потенціал основного металу (наприклад, вилуджене залізо).

Хімічні – це покривання поверхні металу шаром оксидів або солей. Наприклад оксидування (вороніння) – утворення оксидів FeO, Fe₂O₃, AI₂O₃ тощо; фосфатування – утворення солей ортофосфорної кислоти Fe(Н₂РО₄)₂, Mn(Н₂РО₄)₂; пасивування поверхні металів йде під впливом концентрованої азотної кислоти.

Протекторний захист від корозії здійснюється шляхом прикріплення більш активного металу до конструкції, через певну відстань.

Захист електричним струмом (електрохімічний) застосовується для зменшення корозії підземних споруд. Ділянка, що потребує захисту, підключається до катоду зовнішнього джерела постійного струму, а анодом є брухт.

Дуже ефективним захистом є зміна складу метала за рахунок введення до його складу спеціальних легуючих домішок. Наприклад, нержавіючі сталі (вводять до складу сталі хром, марганець, нікель, вольфрам, молібден).

Зміна складу агресивного середовища.

Це досягається введенням у склад середовища речовин (інгібіторів), які уповільнюють корозію.

Інгібітори дають можливість знижувати швидкість взаємодії металу з агресивним середовищем. Інгібітори широко застосовуються у різних випадках. Під час кислотного травлення, з метою розчинення ржи, знімання оксидних плівок, вилучення накипу тощо, введення таких інгібіторів як УНЧ, ПБ-5, уротропіну (СН₂)₆N₄ або тіосечовини (NН₂)₂СS у кількості 0,1-1% дозволяє у сотні разів уповільнити швидкість розчинення самого металу. Для зменшення ржавіння металу у воді та нейтральних розчинах електролітів застосовують бензоат натрію С₆Н₅СООNa або деякі аміни та їх азотистокислі солі.

ПАСПОРТ РОБОТИ

1. Сірчана кислота.

2. Хлористоводнева кислота.

3. Розчин хлориду барію.

4. Спиртовий розчин фенолфталеїну.

5. Спиртовий розчин йоду у йодиді калію.

6. Розчин уротропіну.

7. Метали: цинк, алюміній, магній, залізо, мідь.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Дослід 1. Корозія у розчинах електролітів.

Налийте у пробірку 2-3 мл 15% розчину хлориду натрію і 2-3 краплі фенолфталеїну і додайте відповідно до робочого місця такі матеріали:

Робоче місце № 1.Алюмінієву стружку.

Робоче місце № 2. Магнієву стружку.

Робоче місце № 3. Гранулу цинку.

Робоче місце № 4.Залізну стружку.

Підігрійте вміст означених пробірок. Спостерігайте зміну кольору розчину у пробірках. Напишіть відповідні рівняння хімічних реакцій.

Дослід 2. Вплив утворення гальванічної пари на процес розчинення металу у кислоті.

У 1-2 мл розчину сірчаної кислоти занурить:

Робоче місце №1. – гранулу цинку.

Робоче місце №2. – магнієву стружку.

Робоче місце №3. – алюмінієву стружку.

Робоче місце №4. – залізну стружку.

Спостерігайте зміни, що мають місце під час реакції. Напишіть рівняння реакцій.

Дослід 3. Гальванокорозія під час контакту двох металів.

До 1-2 мл хлористоводневої кислоти додайте:

Робоче місце №1. – цинкову пластинку, обмотану мідним дротом.

Робоче місце №2. – алюмінієвий дріт, обмотаний мідним дротом.

Робоче місце №3. – залізний дріт, обмотаний мідним дротом, систему підігріти.

Робоче місце №4. – залізний дріт, обмотаний алюмінієвим дротом.

Поясніть механізм роботи відповідної гальванічної пари. Напишіть рівняння реакцій.

Дослід 4. Захист металів від кислотної корозії за допомогою інгібіторів (уповільнювачів корозії).

У пробірку налийте 2-3 мл хлористоводневої кислоти і додайте:

Робоче місце №1. – магнієву стружку.

Робоче місце №2. – алюмінієву стружку (підігріти).

Робоче місце №3. – гранулу цинку (підігріти).

Робоче місце №4. – залізну стружку (підігріти).

Спостерігайте виділення водню.

Потім додайте 1 мл спиртового розчину йоду у йодиді калію.

Порівняйте інтенсивність виділення водню. Зробіть висновок, щодо ролі даного інгібітору. Напишіть рівняння реакції.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що таке корозія металів?

2. В чому суть хімічної корозії? Приклади.

3. В чому сутність електрохімічної корозії? Приклади.

4. Що таке воднева та киснева деполяризація?

5. Які найважливіші методи захисту металів від корозії?

6. Що таке анодний і катодний захист металів від корозії?

7. Що таке інгібітори?

8. Чому хімічно чисті метали розчиняються у кислотах гірше, ніж технічні?

9. В чому суть протекторного захисту металів від корозії?

10. Що таке електричний захист металів від корозії?

Рекомендована література

1. Кульман А.Г. Общая химия / А.Г. Кульман. - М.:Колос, 1979.

2. Глинка Н.Л. Общая химия / Н.Л. Глинка - Л.:Химия, 1986.

3. Химия. Методические указания. Решение типовых задач и контрольные задания технических специальностей высших учебных заведений. Москва. “Высшая школа”, 1986.

4. Степаненко Б.Н. Курс органической химии. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1972. – 600 с.

5. Хомченко Г.П., Цитович И.К. Неорганическая химия / Г.П. Хомченко, И.К. Цитович. – М:1978. – 543 с.

6. Стругацкий М.К., Смирнов Н.М. и др. Лабораторные работы по общей и неорганической химии / М.К. Стругацкий, Н.М. Смирнов. – М, 1960. – 354 с.