Ингибиторы коррозии

С целью предохранения металлов от коррозии иногда вводят инги­биторы в окружающую металл среду, то есть производят обработку корро­зионной среды (воды, питающей паровые котлы, воды в радиаторах двига­телей и даже воздуха при хранении деталей на складе). Ингибиторы- это вещества, добавляемые в окружающую металл среду в небольших количе­ствах (0,05% до нескольких %) с целью уменьшения коррозии. Часто при­меняют такие ингибиторы, которые вызывают изменение потенциала ме­талла в растворе электролита, приближая его к потенциалу малоактивных металлов, которые почти не корродируют. Типы ингибиторов (по составу):

органические и неорганические; по виду коррозионного процесса: атмо­сферные и в растворах. Атмосферные ингибиторы делятся на летучие и контактные. В качестве органических ингибиторов используются (амины, имины) производные пиридина и другие соединения, содержащие азот. Неподеленная пара электронов азота (2s↑↓2p ↑↑↑) в этих соединениях создает условия для донорно-акцепторного взаимодействия со свободными атомными орбиталями (АО) металлов и пассивирует их в результате ад­сорбции ингибиторов на активных участках металлов. Значительная часть аминов является летучими: уротропин (гиксаметилен-тетрамин), гиомочевина C₃(NH₂)₂ и другие амины. За последнее время в качестве ингибиторов используются производные пиридина. Раствором летучего ингибитора пропитывается бумага, в которую упаковывают металлические де­тали.

Ингибиторами атмосферной коррозии могут быть не только органи­ческие, но и неорганические соединения. Контактные ингибиторы (C₅H₅N) и др. также используются как ингибиторы атмосферной коррозии. Одним из эффективных контактных ингибиторов для стали, медных и оловянных сплавов является нитрит натрия NaNO₂. В присутствии нитрита натрия электродный потенциал стали и оловянных сплавов увеличивается и при­ближается к малоактивным металлам.

Увеличение электродных потенциалов железа, олова, меди происхо­дит вследствие окисления их нитритом натрия, в результате чего на по­верхности этих металлов образуются тонкие оксидные пленки. Растворы контактных ингибиторов (напр.10%-NaNO₂) наносятся на поверхность металла. Для того, чтобы раствор их лучше удерживался на поверхности металла (не стекал), добавляют загустители (крахмал, глицерин). Например, раствор, содержащий 5% NaNO₂ и 2% крахмала или глицерина, оказывается лучше 10% раствора NaNO₂ .Часто используются смеси разных ингибиторов, например, УНИ - это смесь уротропина с нитритом натрия.

По механизму действия ингибиторы подразделяются на анодные и катодные. Анодные ингибиторы – это, главным образом, окислители: K₂CrO₄, K₂CrO₇ , NaNO₂ и другие. Они способствуют пассивации метал­лов, уменьшают площадь анодных участков поверхности сплава.

Катодные ингибиторы уменьшают площадь катодных участков по­верхности сплава. В качестве катодных ингибиторов коррозии металлов используются соли висмута или сульфита натрия Na₂SO₃ и др.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. Опыты с неприятно Пахнущими и ядовитыми веществами прово­дить обязательно в вытяжном шкафу.

2.При распознавании выделяющегося газа по запаху следует направ­лять струю движениями руки от сосуда к себе.

3.Выполняя опыт, необходимо следить за тем, чтобы реактивы не попали на лицо, одежду и рядом стоящего товарища.

4. При нагревании жидкостей, особенно кислот и щелочей, держать пробирку отверстием в сторону от себя.

5. При разбавлении серной кислоты нельзя приливать воду к кислоте, необходимо вливать кислоту осторожно, небольшими порциями в холод­ную воду, перемешивая раствор.

6. При работе с ядовитыми веществами (солями ртути, мышьяка, свинца и т.п.) по окончании работы необходимо тщательно вымыть руки.

7. Отработанные растворы кислот и щелочей рекомендуется сливать в специально приготовленную посуду.

8. Все склянки с реактивами необходимо закрывать соответствую-щими пробками.

9. Оставшиеся после работы реактивы не следует выливать или вы­ сыпать в реактивные склянки (во избежание загрязнения).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ ПРИ КОНТАКТЕ ДВУХ РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Приборы и реактивы:, серная кисло­та H₂SO_4, 0,1 и раствор; металлы: цинк и медь, стеклянную трубка, согнутую под углом

В стеклянную трубку, согнутую под углом, налить 0,1н раствор серной кислоты. В одно колено трубки ввести полоску цинка и наблюдать выделение водорода. В другое колено ввести медную проволоку, не доводя ее до соприкосновения с цинком. Наблюдается ли выделение водорода на меди? Затем следует погрузить медную пластину так, чтобы она контакти­ровала с цинком. Объяснить выделение водорода на меди в этом случае.

Составить уравнение реакции взаимодействия цинка с серной кислотой и схему работы образующейся гальванической пары.

Как повлиял контакт с медью на скорость коррозии?

Задание 2

ОБРАЗОВАНИЕ МИКРОГАЛЬВАНОПАР

Приборы и реактивы: раствор серная кислота H₂SO₄, 2н раствор; раствор сульфат меди CuSO₄, 2н раствор; металлический цинк, пробирки.

Поместить кусочек гранулированного цинка в пробирку с 2-3 мл 2н раствора сульфата меди. Через 4-5 минут слить раствор и осторожно про­мыть омедненный цинк несколько раз водой. В две пробирки налить по 3-4 мл раствора серной кислоты 2н. Опустить в одну из пробирок кусочек омедненного цинка, в другую - кусочек цинка.

В какой из пробирок водород выделяется более энергично?

Написать уравнения реакций и электронные уравнения.

Написать схему образовав­шегося гальванического элемента.

Задание 3

ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Приборы и реактивы: сульфат железа FeSO₄, 0,1н, раствор; гексацианоферрат калия К₃Fe(СN)₆, 0,1н, раствор; серная кислоты H₂SO₄,2н раствор; металлическое железо, луженое железо, олово, пробирки.

1. Качественная реакция на катион железа (ΙΙ)

К 2-3 мл раствора сульфата железа (ΙΙΙ) добавить несколько капель гексацианоферрата (ΙΙΙ) калия- K₃Fe(CN)₆ (красная кровяная соль). Со­ставить уравнение реакции образования турунбулевой сини.

FeSO₄ + КзFe(СN)₆ →

2. В две пробирки налить 3-4 мл 2н раствора H₂SO₄ и добавить в ка­ждую 2-3 капли гексацианоферрата (ΙΙΙ) калия. В одну из пробирок опус­тить полоску оцинкованного железа (или железную проволоку, находя­щуюся в контакте с цинком), а в другую - луженого железа (или железную проволоку, находящуюся в контакте с оловом). В какой из пробирок появ­ляется синее окрашивание? Почему?

Составить схемы возникающих гальванических элементов.

Составить электронные уравнения анодных и катодных процессов.

Объяснить, в каком случае имеет место анодное, а в каком катод­ное покрытия, и какой вид катодной деполяризации происходит в этих процессах?

Задание 4

ОКСИДИРОВАНИЕ СТАЛИ

Приборы и реактивы: стальные пластинки; сульфат меди CuSO₄, 0,1h. раствор, спиртовка.

Очистить наждаком две стальные пластинки. Одну из них нагреть в пламени спиртовки до появления цветов побежалости, то есть, до появления оксидных пленок, которые, ввиду своей различной толщины, вызывают различную интерференцию света и поэтому окрашены в разные цвет. На­нести каплю раствора сульфата меди на оксидированный и неоксидированный образцы. По скорости появления темного пятна на образцах оце­нить защитные свойства нанесенной пленки.

Задание 5

ПРИМЕНЕНИЕ ИНГИБИТОРОВ

Приборы и реактивы: соляная кислоты НС1, 2н раствор; цинковая и железная пластинки; уротропин (кристаллический); желатин; йо­дистый калий KJ, 01н. раствор, пробирки, спиртовка.

В две пробирки внести по 5-7 капель 2н раствора соляной кислоты и по кусочку цинка, по возможности равного размера. Когда выделение во­дорода станет достаточно интенсивным (если реакция идет слабо - подог­реть пробирку), прибавить в одну из пробирок порошок уротропина. Как изменяется интенсивность выделения водорода? Сделать вывод.

Задание 6

СПЕЦИФИЧНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ИНГИБИТОРОВ

Приборы и реактивы: соляная кислоты НС1, 2н раствор; цинковая, железная, алюминиевая пластинки; уротропин (кристаллический); желатин; йо­дистый калий KJ, 01н. раствор, гексацианоферрат калия К₃Fe(СN)₆, 0,1н пробирки, спиртовка.

1. В три пробирки налить до трети объема 2н раствора соляной ки­слоты. В одну пробирку поместить цинковую пластинку, в другую - желез­ную, в третью - алюминиевую. Если в какой-либо пробирке реакция идет медленно, нагреть пробирку. Когда выделение водорода во всех пробирках станет интенсивным, насыпать в каждую из них небольшое, примерно рав­ное количество уротропина. Что наблюдается? Сделать вывод, во всех ли случаях уротропин является эффективным ингибитором?

2. В четыре пробирки налить до трети объема 2н раствора НС1 и внести в каждую гексацианоферрата (Ш) калия 2-3 капли. В первую пробирку добавить 2-3 капли желатина, во вторую- 2-3 капли 1% раствора йодистого калия, в третью - 2-3 капли 1% раствора уротропина, четвертую пробирку оставить как контрольную, не содержащую добавок.

В каждую из пробирок поместить осторожно чистые гвозди. Объяс­нить происхождение явления. Сделать вывод.

3. Налить в пробирку 2н раствора НС1, добавить ингибитор, насы­пать уротропин и поместить кусочек мела СаСОз. Изменила ли кислота присущие ей свойства от введения ингибитора?

ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ЖУРНАЛА

Лабораторный журнал заполняется в ходе лабораторных занятий по мере выполнения работы.

Дата выполнения работы.

Название лабораторной работы и ее номер.

Название опыта и его цель.

Наблюдения, уравнения реакций, схема прибора, расчетные табли­цы, графики.

Выводы.

Контрольные вопросы и задачи

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Для защиты от коррозии сплавы алюминия, в частности, дюралю­миний, покрывают тонким слоем чистого алюминия. На каком свойстве алюминия основан этот способ защиты от коррозии?

2.Цинковая и железная пластинки опущены в раствор медного купо­роса. Какие процессы протекают на пластинках:

а) если пластинки не соприкасаются между собой;

б) если наружные концы пластинок соединены проводником?

3.Что такое анодный, катодный процессы в явлениях электрохимиче­ской коррозии? Напишите уравнения соответствующих реакций в кислой и нейтральной средах.

4.Какие полимерные материалы используются в качестве защитных покрытий от коррозии? Какие дополнительные свойства они придают из­делиям?

5.В чем заключается сущность протекторной зашиты и металличе­ских конструкций от коррозии?Приведите пример. Составьте электронные уравнения соответст­вующих процессов (среда нейтральная) в случае коррозии стального винта с цинковым протектором.

Время, отведенное на лабораторную работу

Подготовка к работе	0,5 акад. часа
Выполнение работы	2,0 акад.часа
Обработка результатов эксперимента и оформление отчета	1,5 акад.часа

Литература

Основная

1. Глинка. Н.А. Обща химия: учеб. пособие для вузов. – М.:Интеграл – Пресс, 2005 – 728 с.

2. Коржуков Н. Г. Общая и неорганическая химия. – М.: МИСИС;

ИНФРА–М, 2004. – 512 с.

Дополнительная

3.Фролов В.В. Химия: учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. шк., 2002. –

527 с.

4. Коровин Н.В.. Общая химия: учебник для техн. направл. и спец. вузов – М.: Высш. шк., 2002. – 559с.: ил..

4. Ахматов Н.С. Общая и неорганическая химия: учебник для вузов. – 4-е изд., исправл.- М.: Высш. шк., 2002. –743 с.

5.Глинка Н.А. Задания и упражнения по общей химии. – М.: Интеграл –Пресс, 2001. – 240 с.

6. Метельский А. В. Химия в вопросах и ответах. Справочник. – Мн.: Бел.Эн., 2003. – 544 с

ПРИЛОЖЕНИЕ