Какой металл корродирует сильнее — железо или медь? В каком случае он корродирует сильнее: если он находится в контакте с другим металлом или если он лежит свободно? В каком растворе коррозия идёт глубже?

2) Возьмите плоскую батарейку и погрузите её выводы в раствор поваренной соли. Какой из контактов — положительный или отрицательный — корродирует?

Практическая работа 20. Электрохимическая коррозия

•Что такое коррозия?

•Какие металлы подвержены коррозии?

Оборудование. Блок питания с напряжением от 5 В и максимальным током от 0,3 А (можно использовать зарядное устройство от телефона) с зажимами- «крокодилами», стакан химический объёмом 50—100 мл (3 шт.).

Реактивы. Пластинки оцинкованной стали, железные гвозди, пластинки цинка, изделия из нержавеющей стали, изделия из бронзы (например, монеты СССР

образца 1961 г.), раствор NaCl, раствор Na2CO3.

Обычно коррозия — процесс медленный и изучать её в лаборатории долго. Однако коррозию можно ускорить. Для этого исследуемый материал следует поместить в раствор электролита в качестве анода. Металл при этом будет отдавать электроны и окисляться. Для замедления коррозии, наоборот, металл нужно использовать в качестве катода.

1.Влияние электролита на скорость коррозии. Два железных гвоздя погрузите в стакан с дистиллированной или водопроводной водой. Подключите один гвоздь к положительному полюсу источника питания, другой — к отрицательному на 2—3 мин.

• Что наблюдается на катоде (+)? На аноде (–)?

Переместите электроды в раствор NaCl.

• Что наблюдается теперь?

Переместите электроды в раствор карбоната натрия.

• Как электролит влияет на коррозию?

Выключите источник питания. Вылейте использовавшиеся растворы.

2.Коррозия нержавеющей стали. Используя полоску нержавеющей стали в качестве анода, изучите её коррозию в растворе хлорида натрия

(порядок действий как в предыдущем опыте).

• Что легче корродирует — нержавеющая или оцинкованная сталь?

3. Коррозия медных сплавов. Подключите к положительному полюсу источника тока медное или бронзовое изделие, на отрицательном оставь-

280

те железную пластину. В стакан налейте новый раствор карбоната натрия

ивключите источник питания. Подождите 1—2 мин.

•Что наблюдается на медном изделии? Какова формула образующегося вещества?

4. Покрытия и коррозия. Изучите коррозию железа, покрытого разными красками. Сравните скорость его коррозии со скоростью коррозии оцинкованной стали.

5. Влияние механических напряжений на коррозию. Возьмите пластинку из оцинкованного железа и несколько раз перегните её в одном месте. Подключите её к к отрицательному полюсу источника питания, налейте в стакан раствор хлорида натрия и погрузите в него пластинку так, чтобы сгиб был в растворе. Включите источник питания.

•В каком месте пластины в первую очередь наблюдается коррозия? 6. Отчёт о работе составьте в произвольной форме.

Японимаю как происходит коррозия и какие факторы не неё влияют.

281

ГЛАВА VII

НЕМЕТАЛЛЫ

§ 56 Кремний и его соединения

• Напишите формулу оксида кремния(IV).

Кремний, как и углерод, находится в IVА-группе таблицы Менделеева, поэтому по некоторым свойствам (в первую очередь по характерным валентностям и степеням окисления) они похожи. Однако из-за большой разницы в атомных радиусах и электроотрицательности между ними есть серьёзные различия.

Атом кремния всегда образует химические связи, находясь в возбуждённом состоянии. Поэтому кремний всегда четырёхвалентен:

пени окисления от –4 (SiH4) до +4 (SiO2). Однако, в отличие от оксида углерода(II), оксид кремния(II) очень неустойчив. Как и углерод, кремний способен образовывать связи Si—Si. Однако, в отличие от связей углерод—углерод, эти связи весьма непрочные, таких соединений мало и в природе они не встречаются. Поэтому наиболее характерными степенями окисления можно считать +4 и –4.

Что вы можете сказать о кислотных свойствах силана SiH4? Обоснуйте ответ с точки зрения полярности связи.

Кремний — второй по распространённости элемент земной коры после кислорода (28 % масс.). Её основу составляют многочисленные кремнийсодержащие минералы (силикаты). Самое распространённое в земной

коре соединение — оксид кремния SiO2 (рис. 58). В отличие от оксида углерода, это соединение с атомной кристаллической решёткой, поэтому

282

оксид кремния (кварц) тугоплавок и очень плохо реагирует с водой. Это кислотный оксид, но с растворами щелочей он реагирует плохо. Зато при сплавлении образуются соли кремниевых кислот — силикаты:

t

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Существует целый ряд кремниевых кислот: ортокремниевая H4SiO4, метакремниевая H2SiO3 и промежуточные общей формулой SiO2 Ч xH2O (где x = 0 2). Все они — слабые и нерастворимые, поэтому легко вытесняют-

ся сильными кислотами из растворов солей. В молекулах этих кислот атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, поэтому метакремниевая кислота по структуре полимер, т. е. её молекулы состоят из цепочек повторяющихся звеньев:

Кремниевые кислоты нерастворимы, но хорошо удерживают воду.

Лабораторный опыт. Кремниевая кислота

В пробирку налейте воды на 1—2 см по высоте и добавьте несколько капель раствора метасиликата натрия Na2SiO3.

•Обратите внимание на вязкость этого раствора. Добавьте несколько капель соляной кислоты HCl.

•Что наблюдается? Можете сравнить наблюдения при разных концентрациях силиката натрия.

Почему раствор метасиликата натрия вязкий?

При нагревании кремниевая кислота частично теряет воду и образуется вещество с огромным количеством мелких пустот — силикагель. В пу-

стотах «застревают» разные молекулы, в частности молекулы воды и красителей. Силикагель используют для осушения воздуха (рис. 59), как наполнитель в кошачьих туалетах и т. д.

Особо чистый кремний (рис. 60) — основа современной микроэлектроники. На монокристаллах особо чистого кремния со строго дозированны-

283

Рис. 59. Силикагель

Рис. 60. Монокристаллический особо чистый кремний

ми добавками выращивают электронные микросхемы. Поликристаллический кремний со строго дозированными добавками — основа эффективных солнечных батарей. Технология получения особо чистого кремния очень сложна, включает несколько стадий и доступна далеко не всем странам.

Кремний образует соединение не только с кислородом, но и с водородом. Это силан SiH4. Как и метан CH4 он горит. Однако связь Si—H

более длинная, чем связь C—H, а значит, менее прочная. В связи с этим силан, в отличие от метана, легко разлагается при нагревании и самовоспламеняется на воздухе:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O

Поскольку связь Si—H почти неполярна, силан не проявляет кислотных свойств. Однако кремний образует бинарные соединения с металлами, из которого силан легко выделяется действием кислот:

t

4Mg + SiO2 = 2MgO + Mg2Si + Q

Mg2Si + 4HCl = SiH4 + 2MgCl2

Какова степень окисления кремния в силициде магния?

Силан. Силикагель

284