Контрольні запитання:

1. Де розташовані метали в періодичній системі? Які особливості будови металів?

2. Який хімічний зв'язок характерний для металів? Його особливості.

3. Які фізичні властивості металів?

4. Які хімічні властивості металів?

5. Поширення металів у природі.

6. Охарактеризуйте способи одержання металів.

7. До 200 мл води додали 7,8 г калію. Обчисліть масову частку розчиненої речовини в утвореному розчині.

Література:

1. Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. ІІ, Гл. 12, §§ 94, 96-98 с. 108-112.

Тема 2.2. Корозія металів

План

1. Корозія металів. Види корозії.

2. Характеристика хімічної корозії.

3. Характеристика електрохімічної корозії.**

4. Способи захисту від корозії.*

1. На практиці при експлуатації виробів з металів та їхніх сплавів доводиться стикатися з явищем руйнування їх під дією зовнішнього середовища. Таке руйнування металів і сплавів внаслідок взаємодії їх з навколишнім середовищем називається корозією.

Корозія – самовільне руйнування металевих матеріалів, що відбувається під впливом навколишнього середовища.

Корозійне руйнування може поширюватися на всю поверхню металу – суцільна (загальна) корозія та на окремі ділянки – місцева (локальна) корозія.

Залежно від механізму процесу розрізняють хімічну (газову) та електрохімічну корозію (корозія в розчинах електролітів).

2. Хімічна корозія розвивається при контакті металу з розчинами неелектролітів або з газами при високих температурах. Відбувається безпосереднє окиснення металу окислювачами – компонентами навколишнього середовища. На поверхні металів утворюються відповідні сполуки: оксиди, сульфіди.

Найнебезпечнішими для металів компонентами газового середовища є кисень, водяна пара, вуглекислий газ, сульфур (IV) оксид.

Газової корозії зазнає арматура печей, деталі ДВЗ, лопатки газових турбін.

3. Найбільшої шкоди приносить електрохімічна корозія, тобто руйнування металу при контакті двох різних металів при наявності води або іншого електроліту. У цьому випадку одночасно з хімічними процесами (віддачі електронів) протікають і електричні (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої).

До електрохімічної корозії належать:

• Морська корозія

• Корозія у розчинах,

• Атмосферна корозія

• Ґрунтова корозія

• Корозія при нерівномірній аерації

• Контактна корозія

Електрохімічна корозія відбувається за електрохімічним механізмом. На металі відбуваються одночасно 2 процеси – окиснення металу (анодний процес) і відновлення окисників – компонентів середовища (катодний процес).

Як правило, окислювачами у водних розчинах у кислому середовищі є йони гідрогену Н⁺ або розчинений у воді кисень повітря. Так корозія у кислому середовищі супроводжується таким катодним процесом: 2Н⁺ + 2е → Н₂

Катодний процес під час корозії з участю кисню відбувається за рівнянням

О₂ + 2Н₂О + 4е → 4ОН^-

Приклад: корозія заліза

А) в розчині кислоти

Б) в лужному або нейтральному середовищі

Продукт корозії заліза – бура іржа є складною сумішшю гідроксидів феруму ІІ і ІІІ, продуктів їх розкладання і взаємодії з СО₂ та іншими речовинами навколишнього середовища.

Метали, що мають позитивний стандартний електродний потенціал, піддаються корозії тільки за участю кисню в усіх середовищах. Пр: корозія міді

Атмосферна корозія – корозія у вологому повітрі при звичайних температурах. Поверхня металу, що міститься у вологому повітрі, буває вкрита плівкою води, яка містить різні гази. Швидкість атмосферної корозії залежить від вологості повітря і вмісту газів у ньому, які утворюють з водою кислоти, стан поверхні металу.

Ґрунтова корозія – відбувається при контакті металів з ґрунтовими водами, що містять розчинене повітря. Швидкість корозії залежить від складу ґрунтових вод, структури і мінералогічного складу грунту. Пр.: руйнування трубопроводів, оболонок кабелів, деталей будівельних споруд.

Морська корозія – відбувається при контакті металів з морською водою. Пр.: обшивка кораблів, устаткування, що застосовується в портах

Контактна корозія – відбувається, коли два метали з різними потенціалами контактують один з одним або у водному середовищі, або при наявності вологи, що конденсується з повітря. Метали один одного поляризують і метал з меншим потенціалом поляризується анодно і швидкість його корозії поблизу місця контакту різко зростає.

Пр.: у теплофікаційних установках, коли мідні нагрівні змійовики з’єднані з залізними кип’ятильниками або трубами. Інтенсивна корозія заліза спостерігається біля місць з’єднань.

Корозія при нерівномірній аерації спостерігається у тих випадках, коли деталь або конструкція міститься у розчині, але доступ розчиненого кисню до різних її частин неоднаковий. При цьому ті частини металу, до яких доступ кисню мінімальний, кородують значно більше, ніж ті частини, доступ до яких більший. Такий нерівномірний розподіл корозії можна пояснити так: при відновленні кисню О₂ + 4Н⁺ + 4е → 2Н₂О витрачаються йони Гідрогену, і тому розчин трохи підлуговується. Метали при підлуговуванні розчину легше переходять у пасивний стан. Тому керовані ділянки металу переходять у пасивний стан і швидкість корозії на них знижується. На некерованих ділянках не відбувається пасивування – тут відбувається процес окиснення металу, що приводить до переходу його йонів у розчин: Ме → Me^z+ + ze

4. Способи захисту від корозії:

1) захисні покриття

Ці покриття бувають металеві (покриття цинком, оловом, свинцем, нікелем, хромом та іншими металами) і неметалеві (покриття лаком, фарбою, емаллю та іншими речовинами). Ці покриття ізолюють метал від зовнішнього середовища.

2) створення сплавів з антикорозійними властивостями

Введенням до складу сталі до 12% хрому отримують нержавіючу сталь, стійку до корозії. Підвищують антикорозійні властивості сталі домішки нікелю, кобальту і міді. У цьому випадку підвищується схильність до пасивації.

3) протекторний захист

Він використовується у тих випадках, коли конструкція (підземний трубопровід, корпус судна) знаходиться в середовищі електроліта (морська вода, підземні, грунтові води). Його суть полягає в тому, що конструкцію з’єднують з протектором – більш активним металом, ніж метал конструкції. В процесі корозії протектор слугує анодом і руйнується, тим самим захищаючи від руйнування конструкцію

4) використання інгібіторів – сповільнювачів корозії