Методы защиты от коррозии план урока

Обновлено: 02.07.2024

Урок построен в рамках модели образовательного процесса под названием “перевернутый класс” – это разновидность смешанного обучения. Учитель предоставляет материал для самостоятельного изучения дома, а на очном занятии – уроке проходит практическое закрепление материала.

Организационная структура урока:

1 этап – самостоятельная работа учащихся на дому по предложенной теме, с использованием учебника и Интернет ресурсов, созданных учителем в сети Интернет

Изучают тему – понятие и классификацию коррозии металлов и их сплавов, учатся составлять уравнения электродных процессов, знакомятся со способами защиты от коррозии;

Делают конспект по теме в тетради;

Возникшие вопросы обсуждают с учителем посредством электронной почты в сети Интернет;

Разработка (подбор) наглядных материалов по теме урока, заданий для проверки первичного усвоения, разработка схем (механизм, алгоритм) работы учащихся;

УМК по химии для 10-11 классов авторов Г.Е. Рудзитиса, Ф.Г. Фельдмана

Химия. 11 класс. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.

Место урока в разделе

Коррозия металлов. Способы защиты металлов от коррозии

сформировать представление о коррозии металлов как самопроизвольном окислительно-восстановительном процессе, её значении, причинах, механизме и способах защиты; показать влияние на скорость коррозии таких факторов, как природа веществ и присутствие катализатора (ингибитора).

Образовательные: Познакомить обучающихся с понятием коррозии, классификацией коррозиционных процессов и способах защиты от коррозии; изучить сущность химической и электрохимической коррозии металлов.

содействовать развитию у учащихся исследовательских умений в процессе обучения в сотрудничестве;

развивать познавательный интерес, используя в содержании урока элементов новизны знаний и умений, устанавливая причинно-следственные связи;

способствовать развитию критического мышления при работе с материалами кейса;

способствовать развитию умения перехода от частного к общему и наоборот;

способствовать развитию видения практической значимости знаний о коррозии и способах её устранения в объяснении явлений, происходящих в окружающем мире.

способствовать созданию условий для самореализации личности, для взаимопомощи и индивидуальной ответственности каждого в группе, поддерживать интерес к изучению химии через самостоятельную работу, воспитывать сотрудничество, продолжить формирование культуры общения и коммуникативных умений учащихся;

продолжать формировать убеждения учащихся в необходимости привлечения средств химии к пониманию и описанию процессов, происходящих в окружающем мире.

способствовать соблюдению гигиенических требований к работе учащихся с компьютером с учётом их индивидуально-возрастных особенностей.

открытие новых знаний

Основные термины и понятия

Коррозия, катод, анод, протектор, окислитель, восстановитель, катодное/анодное покрытие, электрический ток

Химия, физика, ИКТ и информационные связи, история

Учащиеся умеют определять вид коррозии;

Учащиеся умеют описывать механизм коррозии при помощи окислительно-восстановительных реакций;

Учащиеся умеют составлять анодные и катодные процессы коррозии металлов и их сплавов;

Учащиеся научатся самостоятельно создавать способы решения проблем творческого характера;

Учащиеся знают способы защиты металлов от коррозии.

анализировать, сравнивать, обобщать, выделять главное, делать выводы;

работать в группе;

управлять своей познавательной деятельностью; открыто выражать и отстаивать свою позицию и критично относиться к своим знаниям.

Умение самостоятельно и в диалоге с участниками группы обнаруживать и формулировать учебную проблему, определять цель учебной деятельности;

Умение в диалоге с учителем совершенствовать самостоятельно выработанные критерии оценки;

Умение, работая по плану, сверять свои действия с целью и при необходимости исправлять ошибки самостоятельно;

Саморегуляция и рефлексия собственной деятельности.

Нахождение и использование нужной информации при работе с тематическим кейсом;

Умение анализировать, сравнивать и обобщать факты и явления; выявлять причины и следствия явлений;

Умение преобразовывать информацию из одного вида в другой, создавать презентации в PowerPoint;

Построение логической цепи рассуждений.

Участвовать в коллективном обсуждении;

Умение слушать и понимать речь других людей;

Умение использовать ИКТ-компетенции;

Умение самостоятельно организовывать учебное взаимодействие при работе в паре и группе; представлять результаты своей работы.

Учащиеся работают в группах во время урока с кейсами, перед уроком – индивидуально дома

Виды деятельности на уроке

Работа в группах

кооперация в обучении;

Используемые виды контроля и оценивания на уроке

итоговый контроль усвоения учебного материала и оценивание работы обучающихся (осуществляется учителем) – по совокупности работы взаимоконтроля учащихся;

Мобильный класс или ноутбуки;

Наглядно-демонстрационный материал и оборудование

Справочные таблицы по химии: ПСХЭ Д. И. Менделеева, ряд активности металлов, таблица растворимости солей, кислот, оснований.

1. Вступительное слово учителя
2. Коррозия металлов
2.1 Способы защиты от коррозии
2.2 Влияние коррозии на организм человека и роль коррозии в жизни человеческого общества
3. Закрепление
4. Подведение итогов

Сформировать понятие о коррозии металлов, рассмотреть классификацию коррозионных процессов, способы защиты металлов от коррозии. Рассмотреть влияние коррозии на здоровье человека. Рассмотреть экологические проблемы, связанные с коррозией металлов.

Оборудование: заранее подготовленные (за 4-5дней) образцы -

пробирка №1 - раствор хлорида натрия +ж.гвоздь

пробирка №2 - раствор хлорида натрия +ж.гвоздь обвитый медной пров.

пробирка №3- раствор хлорида натрия +ж.гвоздь +цинк

пробирка №4- вода + ж.гвоздь

Тип урока: изучение нового материала.

1. Вступительное слово учителя

Учитель: Тема, которую мы будем рассматривать, – коррозия металлов.

Мы должны выяснить, что такое коррозия металлов? Какие виды коррозии бывают? Как протекает этот процесс? Какова роль коррозии в жизни человеческого общества и зачем ее изучать? Какие способы защиты от нее существуют? Какое влияние может оказать коррозия на здоровье человека?

Урок мы будем проводить с использованием компьютерных технологий. После закрепления материала подведем итоги работы.

2. Коррозия металлов

Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы коррозируют, но не ржавеют.

И так, что же такое коррозия металлов?

Коррозией металлов называют самопроизвольный процесс разрушения металлов и изделий из них под воздействием окружающей среды.

Коррозию можно классифицировать:

Сплошная коррозия распределяется равномерно по всей поверхности металла или сплава (например, процесс ржавления сплавов железа на воздухе или их взаимодействие с сильными кислотами).

При местной коррозии ее очаги распределяются неравномерно — в виде коррозионных пятен или точек, что особенно опасно для промышленной химической аппаратуры.

Химическая коррозия металлов — это разрушение металлов в результате их химического взаимодействия с веществами окружающей среды.

Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия, проистекающая в сухих газах при полном отсутствии влаги. Газообразное вещество окружающей среды реагирует с металлом на поверхности металлического изделия и образует с ним соединения.

Электрохимическая коррозия — это разрушение металлов, которое сопровождается возникновением электрического тока. Это такая коррозия, в результате которой наряду с химическими процессами (отдача электронов атомами коррозируемого металла — процесс окисления) протекают электрические (перенос электронов от одного участка изделия к другому).

Давайте рассмотрим химическую коррозию металлов на воздухе

Как протекает этот процесс? Вспомним, что представляет собой воздух?-

Ученик:- Это смесь газов, которая имеет состав по объему:

Диоксид углерода 0,031%

Благородные газы 0,935% , а остальное примеси

Учитель: Железо под воздействием O₂ , H₂О и ионов водорода постепенно окисляется. Этот процесс является окислительно-восстановительным, где металл является восстановителем. Коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением

Fe(OH) ₃ и является ржавчиной.

Проведем такой опыт

Взяли две пробирки, налили в них воду. В одной из них воду прокипятили. Поместили в обе пробирки по очищенному железному гвоздю. Закрыли колбы пробками. Где пойдет процесс коррозии быстрее?

Ученик:- Признаки реакции появились быстрее в пробирке с некипяченой водой.

Учитель: В этом опыте мы выяснили роль кислорода воздуха в коррозии железа. Давайте сделаем вывод:

Вывод: кислород является одним из агрессивных ее факторов.

Представьте себе такую установку: колба, в которую помещены железные опилки, закрыта пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опущен в стакан с подкрашенной водой, вода поднимается по трубке. Как объясните это явление?

Учитель : Если кислород является одним из агрессивных ее факторов, тогда почему вода в алюминиевом чайнике при нагревании кипит, но не действует на металл, и чайник служит довольно долгое время?

Ученик: алюминий – очень активный металл и теоретически с водой должен был бы взаимодействовать в соответствии с уравнением

Однако его поверхность покрывается плотной пленкой оксида Al₂O₃, которая защищает металл от воздействия воды и кислорода.

Учитель: значит окисная пленка защищает металл от воздействия воды и кислорода.

Особенно разнообразные процессы химической коррозии встречаются в среде кислот, щелочей, солей, а также в расплавах солей и других веществ

Большие неприятности связаны с хлоридом натрия (в некоторых странах используют отход производства – хлорид кальция), разбрасываемым в зимнее время на дорогах и тротуарах для удаления снега и льда. В присутствии солей они плавятся, и образующиеся растворы стекают в канализационные трубопроводы. Соли и особенно хлориды являются активаторами коррозии и приводят к ускоренному разрушению металлов, в частности транспортных средств и подземных коммуникаций.

Основополагающим звеном для понимания электрохимических процессов является ряд напряжения металлов. Металлы можно расположить в ряд, который начинается с химически активных и заканчивается наименее активными благородными металлами:

РЯД НАПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Li, Rb, К, Ва, Sr, Са, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Рассмотрим влияние различных электролитов на процесс коррозии металлов.

В пробирку №1 - раствор хлорида натрия +ж.гвоздь

В пробирку №2 - раствор хлорида натрия +ж.гвоздь обвитый медной пров.

В пробирку №3- раствор хлорида натрия +ж.гвоздь +цинк

В пробирку №4- вода + ж.гвоздь

Результаты опытов 1 и 2. В обоих случаях железо находилось в одном и том же растворе, но в одном случае оно соприкасалось с медью, а в другом – нет. И там и здесь произошла коррозия, и появился бурый осадок ржавчины. Но в опыте 1 ржавчины получилось мало, а в опыте 2 – много. Результаты опытов 1 и 3 в обоих случаях железо находилось в одном и том же растворе, но в одном случае оно соприкасалось с цинком, а в другом – нет. Наблюдается сильная коррозия, но в опыте 2 осадок бурого цвета – ржавчина, а в опыте 3 осадок белого цвета – это гидроксид цинка. Следовательно, в опыте 3 коррозировало не железо, а цинк. Таким образом, железо практически не коррозирует, если оно соприкасается с цинком. Сравним результаты опытов 1 и 4.

Ученик: Добавка к воде хлорида натрия усилила коррозию металла.

Учитель: Мы убедились, что коррозия – это универсальное явление не только для железа, но и для всех металлов. Рассмотрим работу гальванического элемента.

Сущность работы гальванического элемента

Сначала наполним химический стакан вместимостью 250 мл до середины 10%-ным раствором серной кислоты и погрузим в нее не слишком маленькие куски цинка и меди. К обоим электродам приклепаем медную проволоку, концы которой не должны касаться раствора.

Пока концы проволоки не соединены друг с другом, мы будем наблюдать растворение цинка, которое сопровождается выделением водорода. Цинк, как следует из ряда напряжения, активнее водорода, поэтому металл может вытеснять водород из ионного состояния. На обоих металлах образуется двойной электрический слой. Разность потенциалов между электродами проще всего обнаружить с помощью вольтметра. Непосредственно после включения прибора в цепь стрелка укажет примерно 1 В, но затем напряжение быстро упадет.

Рассмотрим процессы в медно-цинковом элементе несколько подробнее. На катоде цинк переходит в раствор по следующему уравнению:

На медном аноде разряжаются ионы водорода серной кислоты. Они присоединяют электроны, поступающие по проволоке от цинкового катода, и в результате образуются пузырьки водорода:

Через короткий промежуток времени медь покроется тончайшим слоем пузырьков водорода. При этом медный электрод превратится в водородный, а разность потенциалов уменьшится. Этот процесс называют поляризацией электрода. На практике применяют гальванические цепи, электроды которых не поляризуются, или цепи, поляризацию которых можно устранить, добавив деполяризаторы.

Учитель: А теперь поговорим о способах защиты металлов от коррозии.

2.1 Способы защиты от коррозии

1. легирование металлов, т.е. получение сплавов. Например, в настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной

2. нанесение на поверхность металлов защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов.

Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным железом, а покрытое оловом – белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а из второго изготавливают консервные банки. И то и другое получают главным образом протягиванием листа железа через расплав соответствующего металла.

3. введение ингибиторов (замедлителей коррозии)

Проведение эксперимента. В пробирку на 1/5 объема налили разбавленную серную кислоту, затем поместили в нее железные стружки. Довели до кипения. Наблюдали выделение пузырьков газа водорода.

Затем в эту же пробирку добавили ингибитор уротропин (1 измельченную таблетку). Уротропин можно заменить тиомочевиной или сухим горючим. Реакция с кислотой прекратилась.

4. протекторный метод защиты от коррозии

2.2 Влияние коррозии на организм человека и роль коррозии в жизни человеческого общества

Коррозия металлов наносит большой экономический вред. Коррозия приводит к уменьшению надежности работы оборудования: аппаратов высокого давления, паровых котлов, металлических контейнеров для токсичных и радиоактивных веществ. Коррозия приводит к простоям производства из-за замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции. Коррозия также приводит к загрязнению продукции, а значит, и к снижению ее качества. Один из американских миллионеров, не жалея денег, решил построить самую шикарную яхту. Ее днище было обшито дорогим металлом (сплав 70% никеля и 30% меди), а киль, форштевень и раму руля изготовили из стали. В морской воде в подводной части яхты образовался гальванический элемент с катодом из металла, а анодом из стали. Он настолько энергично работал, что яхта еще до завершения отделочных работ вышла из строя, ни разу не побывав в море. Иногда зубные коронки, изготовленные из различных металлов (золота и стали) и близко расположенные друг к другу, доставляют их носителям неприятнейшие болевые ощущения. Поскольку слюна является электролитом, эти коронки образуют гальванический элемент. Электрический ток протекает по десне и вызывает зубную боль.

Способность металлов пассивироваться широко используют для их защиты от коррозии. Например, известно, что хранение лезвий безопасных бритв в растворах солей хромовых кислот позволяет дольше сохранять их острыми. Так как под действием влажного воздуха железо, особенно на острие лезвия, окисляется и покрывается рыхлым слоем ржавчины.

Требуется скрепить железные детали. Какими заклепками следует пользоваться медными или цинковыми, чтобы замедлить коррозию железа? Ответ обоснуйте.
Как называются вещества, замедляющие коррозию?
Введение каких элементов в сталь повышает ее коррозионную стойкость?
К стальному днищу машины была предложена протекторная защита. Какой металл для этого лучше применить: Zn, Cu или Ni?
Почему многие детали быстрее корродируют вблизи предприятий?
Лист железа, покрытый цинком, и лист железа, покрытый оловом, процарапали до железа. Будет ли подвергаться коррозии железо в обоих случаях?

4. Подведение итогов

Автор: Фадеева Марина Михайловна

Организация: ГАПОУ УТЭК

Населенный пункт: Республика Башкортостан, г. Уфа

Пояснительная записка

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX веков.

В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.

Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, так как вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. Поэтому коррозия является одной из важнейших проблем, имеющей большое практическое значение.

Данная методическая разработка урока предназначена для преподавателей первых курсов средних специальных учебных заведений.

Цель – сформировать понятие о коррозии металлов, рассмотреть классификацию коррозионных процессов, способы защиты металлов от коррозии.

Задачи – воспитывать осознанное отношение к приобретению знаний, прививать интерес к дисциплине химия; а так же к будущей профессии.

Методическая карта урока

Дисциплина: Химия

Преподаватель: Фадеева Марина Михайловна

Дата: 11.02.2020г.

Группа 1 Т

Тип занятия: изучение нового материала

Цель занятия: сформировать понятие о коррозии металлов, рассмотреть классификацию коррозионных процессов, способы защиты металлов от коррозии.

Задачи занятия:

Образовательные

сформировать понятие о коррозии металлов
рассмотреть классификацию коррозионных процессов
познакомить со способами защиты металлов от коррозии

Воспитательные:

формировать навыки овладения различными социальными ролями в коллективе через исследовательскую деятельность
формировать навыки работы в группе
вырабатывать личностные качества обучающихся: самостоятельность, ответственность, инициативность, точность
воспитывать осознанное отношение к приобретению знаний
прививать интерес к будущей профессии

Развивающие:

развивать умение сравнивать, обобщать, делать самостоятельные выводы, работать в группах
формировать логическое, образное мышление
активизировать познавательную деятельность
развивать навыки самостоятельной работы с литературой.

Формируемые компетенции

ОК 1. Социально-личностные

умение управлять своим временем и планировать, организовывать свою деятельность
умение строить межличностные отношения и работать в группе

ОК 2. Инструментальные

умение использовать современные информационные технологии для получения, хранения и обработки информации.

ОК 3. Системные

Способность работать самостоятельно
Способность к личностным коммуникациям

ОК 4. Профессиональные

Методы обучения:

словесный (рассказ, объяснение, беседа)
наглядный
информационно-коммуникативный ( видеофрагмент, презентация)
частично-поисковый (проблемная ситуация)
рефлексивный

Организация деятельности на занятии:

групповая
работа с источниками
индивидуальная

Оснащение урока:

мультимедийный проектор, компьютер
презентация к уроку
NaOH, NaCl, HCl, H₂SO₄, красная кровяная соль К₃(Fe(CN)₆), медная проволока, цинк, железные гвозди, пробирки.

Учебно -техническая документация

Приборы и реактивы

План занятия

Ход занятия

Организационный момент
Вступительное слово преподавателя. Совместное формулирование темы урока

Сегодня нам предстоит познакомиться с давним и очень опасным врагом большинства применяемых в технике и быту металлов. Коварство его в том, что он остается всегда целым и невредимым, а металлы и сплавы несут огромные потери: примерно до 15% всех производимых в мире металлов становятся ежегодно жертвами этого врага. Борьба эта не прекращается ни на минуту.
Вот несколько примеров:

в III веке до н.э. на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса. Колосс Родосский считался одним из чудес света, однако просуществовал всего 66 лет и рухнул…его бронзовая оболочка была смонтирована на железном каркасе… Под действием влажного, насыщенного солями, средиземноморского воздуха железный каркас разрушился…

Что же это за враг? - Коррозия

Изучение новой темы

С коррозионными процессами мы встречаемся практически ежедневно, дома, на улице, в быту и на работе…

Сегодня на занятии мы постараемся ответить на вопрос: что такое коррозия, в чем ее сущность, каковы ее последствия и какие способы защиты металлов от коррозии существуют. К вопросам, связанным с коррозионными процессами вы будете возвращаться еще не раз, при изучении материаловедения, технической механики, т.к. ваша профессия связана с эксплуатацией паровых котлов и другого теплоэнергетического оборудования. Оборудование ТЭС изготавливается в основном из металлов и сплавов, а эксплуатируется при высоких температурах, давлении, в агрессивных средах. Одной из проблем при эксплуатации оборудовании является отказ или разрушение узлов и агрегатов по причине коррозии. Поэтому важно знать причины возникновения этого явления, а главное находить эффективные способы защиты от нее.

Несколько дней назад я поместила в две пробирки железные гвозди и залила их водой. В первой пробирке вода обычная водопроводная, во второй вода кипяченая, обе пробирки плотно закрыты.

Демонстрация опыта.

Что мы наблюдаем в данных пробирках?(Ответы) Мы знаем, что вода способствует появлению ржавчины. Но мы видим, что в первой пробирке гвоздь покрылся ржавчиной, а во второй нет. Почему? (ответы)

Вывод: железо ржавеет не только в присутствии воды, но и в обязательном присутствии кислорода воздуха.

При попадании металла в естественные условия происходит окисление металлов, они возвращаются в устойчивое для них состояние в виде ионов.

Что же такое коррозия?

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов и их сплавов под воздействием окружающей среды.

Коррозии подвергаются практически все металлы. С чем это связано? С активностью металлов.

С точки зрения химии коррозия – это окислительно-восстановительный процесс, при котором происходит окисление металла:

Ме 0 – nē = Ме n+ .

Внешне это проявляется, как вы уже поняли и знаете, в виде ржавчины, оксидных плёнок и др.

Различают несколько видов коррозии

По площади и характеру поражения: сплошная и местная (точечная, язвенная, межкристаллитная).

По характеру разрушения металла различают коррозию сплошную и местную. Сплошная коррозия распределяется равномерно по всей поверхности металла или сплава (например, процесс ржавления сплавов железа на воздухе или их взаимодействие с сильными кислотами). При местной коррозии её очаги распределяются неравномерно – в виде коррозионных пятен или точек, что особенно опасно для промышленной химической аппаратуры.

По природе агрессивных сред:в зависимости от среды, в которой она протекает,различаютвоздушную, газовую, почвенную, морскуюкоррозию.

По механизму возникновения:химическая, электрохимическая.

Видеоролик

Какие виды коррозии в ролике представлены?

По итогам самостоятельной работы студенты от каждой группы выступают у доски

Поняв, что такое химическая и электрохимическая коррозия, давайте рассмотрим, как влияют на процесс коррозии различные среды.

Перед вами пять пронумерованных пробирок:

1 пробирка: раствор соляной кислоты и железный гвоздь;

2 пробирка: раствор хлорида натрия и железный гвоздь;

3 пробирка: раствор хлорида натрия и железный гвоздь в контакте с цинком;

4 пробирка: раствор хлорида натрия и железный гвоздь в контакте с медной проволокой;

5 пробирка: раствор гидроксида натрия и железный гвоздь.

Что вы наблюдаете? В каких пробирках железный гвоздь прокорродировал, а в каких нет? Почему? Объясните, что происходит в каждой из пробирок. Объясните, что усиливает коррозию, а что её замедляет.

Ответы

Пробирка №1: протекает химическая коррозия. Скорость коррозии очень велика.

Пробирка №2: протекает химическая коррозия. Скорость коррозии очень велика.

Пробирка №3: протекает электрохимическая коррозия. Скорость коррозии очень велика. Коррозии подвергается железо

Пробирка №4: электрохимическая коррозия. Коррозии подвергается цинк.

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению видов коррозии, особенностям химической и электрохимической коррозии, методам защиты металлических изделий от коррозионного разрушения.

Анодное покрытие – способ защиты металлического изделия от коррозии, когда защищаемый металл покрывается металлическим покрытием из более активного металла.

Газовая коррозия – разрушение металла в среде агрессивных газов (кислорода, оксида серы, хлороводорода) обычно при высоких температурах.

Гальванокоррозия – вид электрохимической коррозии, при которой два контактирующих металла в среде электролита образуют коррозионный гальванический элемент с возникновением электрического тока между металлами.

Жидкостная коррозия – разрушение металла в жидкостях, не проводящих электрический ток (органические растворители, нефтепродукты).

Ингибиторы – вещества, вводимые в коррозионную среду, в результате чего снижается её окисляющая способность.

Катодная защита – способ защиты металла от коррозии, когда защищаемое металлическое изделие подсоединяется к отрицательному полюсу внешнего источника электрического тока.

Катодное покрытие – способ защиты металла от коррозии, когда металлическое изделие покрывается тонким слоем из менее активного металла.

Коррозия – разрушение металла в результате окислительно-восстановительных реакций между металлом и окружающей средой

Осушение – удаление из окружающей среды влаги для предотвращения возникновения коррозии.

Протекторная защита – способ защиты металла от коррозии, когда к защищаемому металлическому изделию присоединяют кусок другого, более активного металла.

Химическая коррозия – разрушение металла в среде, не проводящей электрический ток.

Электрокоррозия – вид электрохимической коррозии, возникающей в среде электролита под действием внешнего электрического поля.

Электрохимическая коррозия – разрушение металла в среде электролита при контакте двух металлов с образованием коррозионного элемента и возникновением электрического тока.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Коррозия и её виды

Коррозия металлов – процесс разрушения металлического изделия в результате окислительно-восстановительной реакции металла с окружающей средой. В зависимости от механизма различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую. Химическая коррозия происходит в среде, не проводящей электрический ток. К этому виду коррозии относится газовая коррозия, в результате которой металл разрушается под действием агрессивных газов: кислорода, оксида серы, хлороводорода. Газовая коррозия обычно происходит при высоких температурах. Другой вид химической коррозии – жидкостная коррозия, которая возникает в агрессивных жидкостях, не проводящих электрический ток, например, в органических растворителях или нефтепродуктах.

Электрохимическая коррозия происходит в среде электролитов, которые хорошо проводят электрический ток. Различают два вида электрохимической коррозии: гальванокоррозия и электрокоррозия. Гальванокоррозия возникает в месте контакта двух металлов, наличия в металле примесей, разной температуры на соседних участках металлов, разной концентрации электролитов в среде, контактирующей с металлом и в случае разной концентрации кислорода на соседних участках металла. Например, в чугуне примеси углерода и карбида железа играют роль катода, на котором происходит восстановление молекулярного кислорода в присутствии паров воды: 2Н2О + О2 + 4е → 4ОН-, а железо становится анодом и окисляется.

4Fe(ОН)2↓ + 2Н2О + О2 → 4Fe(ОН)3↓, Fe(OH)3 + nH2O → Fe2O3·xH2O (ржавчина).

Если в атмосфере присутствует большое количество кислых газов (СО₂, SO₂, NO₂), то при растворении их в воде образуются кислоты. В кислой среде коррозия идет ещё интенсивнее. В присутствии кислорода на катоде образуется вода, а в бескислородной среде выделяется водород.

На аноде: Fe0 – 2е → Fe2+;

На катоде: О2 + 4Н+ + 4е → 2Н2О

или в бескислородной среде: 2Н+ + 2е → Н20↑.

Ионы железа образуют соли с кислотными остатками образовавшихся при растворении газов кислот. В дальнейшем под действием кислорода воздуха, соли двухвалентного железа окисляются до солей трёхвалентного железа.

Электрокоррозия возникает под действием на металл электрического тока от внешнего источника постоянного тока. Часто она происходит под действием блуждающих токов от рельсов электротранспорта, от плохо изолированных опор линий электропередач. Участок, на который попадает ток от внешнего источника, заряжается отрицательно и становится катодом. На нём происходит восстановление элементов среды. А соседний участок становится анодом, на нём металл окисляется.

Факторы, увеличивающие скорость коррозии

Возникновение коррозионного гальванического элемента увеличивает скорость коррозии. При контакте двух металлов более активный металл отдает электроны менее активному. Возникает электрический ток. Активный металл растворяется и в результате реакции со средой, и за счет передачи электронов менее активному металлу. Принятые электроны менее активный металл отдает в окружающую среду, таким образом, окисление активного металла и восстановление компонентов окружающей среды происходит быстрее. Скорость коррозии зависит от количества кислорода, который контактирует с металлом. Железный гвоздь, погруженный в воду на половину своей длины, разрушается быстрее всего, так как доступу кислорода ничего не препятствует. Гвоздь, полностью погруженный в воду, разрушается медленнее, так как количество кислорода, участвующего в реакции, ограничивается скоростью растворения кислорода в воде. В пробирке, где сверху воды налили масло, коррозия идет медленнее всего, так как масло препятствует поступлению кислорода в воду.

Методы защиты металлов от коррозии

Одним из распространённых методов защиты металлов от коррозии является нанесение защитных покрытий. Покрытия бывают металлическими и неметаллическими. Если металлическое изделие покрыто слоем более активного металла, покрытие называют анодным. Если покрытие изготовлено из менее активного металла, оно называется катодным. Неметаллические покрытия – это различные эмали, лаки, краски, резиновые, битумные и полимерные покрытия. По отношению к железу анодными покрытиями будут цинковые, хромовые, алюминиевые покрытия. Эти покрытия защищают металл даже в случае появления царапин или трещин. Так как покрытие изготовлено из более активного металла, оно является анодом по отношению к защищаемому металлу и будет разрушаться. Защищаемое металлическое изделие разрушаться не будет. Катодные покрытия обычно делают из малоактивных металлов. Это никель, олово, свинец, медь, серебро, золото. Из-за низкой активности такие металлы слабо подвергаются воздействию коррозии, но в случае нарушения покрытия, возникнет коррозионный элемент, в котором анодом станет защищаемое металлическое изделие. Оно начнет разрушаться. Защитные оксидные покрытия на поверхности металла можно создать путем химической обработки концентрированной азотной кислотой (пассивация алюминия, хрома), концентрированным раствором щелочи и горячего масла (воронение), фосфорной кислотой и её кислыми солями (фосфатирование).

Эффективным, но дорогим методом защиты металлов от коррозии является введение в сплав антикоррозионных легирующих добавок: хрома, никеля, молибдена, титана. Для повышения стойкости к коррозии в кислой среде в сплав добавляют кремний.

К методам электрохимической защиты относятся протекторная и катодная защита. Протекторная защита предусматривает закрепление на защищаемом изделии пластин из активного металла: цинка, алюминия, магния. Попадая в агрессивную среду, протектор становится анодом, начинает разрушаться, а металлическое изделие, являясь катодом, не разрушается до полного разрушения протектора. Катодная защита производится путём подсоединения защищаемого металлического изделия к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного электрического тока. В результате защищаемый металл приобретает отрицательный заряд и становится катодом. В качестве анода используют вспомогательный кусок металла (железный лом, старый рельс), который заземляют.

Важным направлением предотвращения коррозии металлов является снижение агрессивности окружающей среды. Для этого проводят осушение почвы, воздуха. В жидкие среды добавляют ингибиторы – вещества, реагирующие с окислительными компонентами среды и снижающие скорость коррозии. Для борьбы с блуждающими токами проводят надёжную изоляцию токопроводящих конструкций, организацию бесстыкового пути.

Предотвращение потерь металла от коррозии позволит не только сберечь тонны металла, но и предотвратить аварии на производстве и транспорте, сберечь человеческие жизни.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчёт массы металла, предохраняемого от разрушения за счёт нанесения защитных покрытий

Условие задачи: В результате атмосферной коррозии толщина стального изделия уменьшается на 0,12 мм/год. Потерю какой массы стального изделия плотностью 7750 кг/м 3 и площадью 10 м 2 можно предотвратить путем нанесения лакокрасочного покрытия, которое сохраняет свои защитные свойства в течение 4 лет? Ответ запишите в виде целого числа в килограммах.

Шаг первый: необходимо перевести скорость коррозии из мм/год в м/год.

Для этого скорость коррозии умножим на 10 -3 :

0,12·10 -3 = 1,2·10 -4 (м/год).

Шаг второй: Найдём объём слоя металла, который может быть разрушен коррозией за 1 год. Для этого толщину слоя разрушенного в течение года металла умножим на площадь стального изделия:

1,2·10 -4 ·10 = 1,2·10 -3 (м 3 /год).

Шаг третий: Найдём массу вычисленного объёма металла.

Для этого объём металла умножим на его плотность:

1,2·10 -3 ·7750 = 9,3 (кг/год).

Шаг четвёртый: Найдём массу металла, которая могла бы разрушиться за 4 года. Для этого массу сохранённого за год металла умножим за 4 года:

9,3·4 = 37,2 (кг). Округляем до целого числа, получаем 37 (кг).

2. Расчёт массы металла, разрушенного в результате коррозии

Условие задачи: Через железную решётку, предохраняющую от попадания в канализацию крупного мусора, проходит 20 м 3 воды в сутки. Содержание кислорода в воде 1 % от объёма воды. Какая масса железа окислится за 6 месяцев использования решётки, если на окисление металла расходуется 60% содержащегося в воде кислорода? Ответ записать в килограммах в виде целого числа.

Шаг первый: найдём объём кислорода, который содержится в 20 м 3 воды.

Для этого разделим 20 м 3 на 100:

20 : 100 = 0,2 (м 3 /сутки) = 200 (л/сутки)

Шаг второй: Найдём объём кислорода, который проходит в воде через решётку в течение 6 месяцев.

Для этого объём кислорода, проходящий через решетку в сутки, умножим на 30 дней и на 6 месяцев:

200·30·6 = 36000 (л).

Шаг третий: Найдём объём кислорода, который расходуется на окисление железа. Для этого умножим найденный объём кислорода на 60 и разделим на 100:

(36000·60) : 100 = 21600 (л).

Шаг четвёртый: Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с кислородом в нейтральной среде:

Шаг пятый: Найдём массу железа, окисленного 21600 л кислорода.

Для этого составим пропорцию с учётом того, что масса 1 моль железа равна 56 г/моль, а 1 моль газа в нормальных условиях занимает 22,4 л.

Читайте также: