Спектропак -309

Існують 4 проблеми, які вирішуються при обробці охолоджуючої води дизеля.

1. Накип – утворюється з солей, які є воді; можна запобігти її утворенню, використовуючи дистилят, але при цьому підвищується корозія.

2. Корозія – це процес оксинення металів під дією навколишнього середовища. Коли деталі виготовлені з різних металів, то більш активний метал стає анодом, а пасивний – катодом. В результаті виникає гальванічна пара електронів. Анод оксинюється, а на катоді йде відновлення. Юнітор пропоную викоритовувати інгібітори. Соль азотистої кислоти захищає сталь, азоль – мідь, а борат – підтримує певне значення рН.

3. Обрастання відрізняється від накипу тим, що накип утворюється з солей, а обрастання обумовлене наявністю у воді завислих частинок.

4. Мікробіологічна активність – солі азотистої кислоти діють як поживне середовище для деяких бактерій, це призводить до зміни рН, що також підсилює мікробіологічну активність.

Обробка води і водоконтроль колтлів за програмою «QUADCHEM» фірми «Vecom». Для водообробки використовуються два препарати QC-3 і QC-4, які розроблені фірмою ВЕКОМ, на основі сучасної технології і являють собою складні органічні продукти, які містять полімери, нейтралізовані органічні кислоти і пілвкоутворюючі аміни. Разом вони забезпечують надійний захист поверхні нагріву котла від накипу і корозії. Початкова доза для препарату становить QC-3 0,75 л, для препарту QC-4 – 0,25л. розрахована кількість препарату до 20 л дистильованою водою, заливається в бачок дозуючого пристрою і на протязі 2 годин при максимальній подачі насоса –дозатора вводиться в котел. Після введення в котел початкової дози розраховується добова доза препарату: QC-3 0,2л, для препарту QC-4 – 0,4л на 1 кубічний метр водного об’єму котла. Потім проводиться аналіз котлової води за допомогою судової-експрес лабораторії.

РН

2) проводимість

3) Хлориди в конденсаті

Препарат QC-3 – являє собою темно-коричневу рідину,яка містить нейтралізовані органічні кислоти, органічні інгібітори корозії і накипеутворення. Препарат не горить, має лужні влатсивості.

Препарат QC-4 – рідина коричневого кольору, містить нейтралізовані органічні кислоти і аміни. Препарат не горить, визиває подразнення шкіри. При роботі з ним потрібно застосовувати спецодяг, рукавиці, захисну маску. При потраплянні на шкіру необхідно звернутися до лікаря.

Питання для самоконтролю

1. Показати будову молекули води.

2. Чим обумовлюється твердість води.

3. Як усунути тимчасову твердість води.

4. Як усунути постійну і загальну твердість води.

5. Що таке Рh – розчину. З яким значенням Рh вода поступає в парові котли.

6. Способи усунення твердості води на судах.

7. Які лабораторії використовуються на судах.

8. Перерахувати реактиви, які знаходяться в цих лабораторіях для усунення твердості води.

Література

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. Высшая школа, 1981 – 680с.

2. Глинка Н. Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов. – Л., Химия, 198

3. Хомченко И. Г. Общая химия. – 1987

4. Потапов В. М., Хомченко П. Г. – Вища школа, 1987

5. Телегус В. С. Основи загальної хімії – Світ, Львів,2000.

6. Михайличенко Я И. Курс общей и неорганической химии., М.- 1965.

Лекція 7-8

Тема: Фізико-хімічні властивості металів. Знаходження в природі. Отримання. Корозія металів і боротьба з нею.

План лекції:

1. Порівняння будови атомів металів і неметалів.

2. Фізичні властивості металів.

3. Знаходження металів в природі та способи їх отримання.

4. Корозія металів і боротьба з нею.

5. Застосування металів в промисловості, сплави.

В даний час відомі 105 хімічних елементів, більшість з них - метали. Останні вельми поширені в природі і зустрічаються у вигляді різних з'єднань в надрах землі, водах річок, озер, морів, океанів, складі тіл тваринних, рослин і навіть в атмосфері.

По своїх властивостях метали різко відрізняються від неметалів. Вперше цю відмінність металів і неметалів визначив М. В. Ломоносов. «Метали, - писав він, - тіла тверді, ковкі блискучі».

Зарахувавши той або інший елемент до розряду металів, ми маємо на увазі наявність у нього певного комплексу властивостей:

1. Щільна кристалічна структура.

2. Характерний металевий блиск.

3. Висока теплопровідність і електрична провідність.

4. Зменшення електричної провідності із зростанням температури.

5. Низькі значення потенціалу іонізації, тобто здатність легко віддавати електрони.

6. Ковкість та пластичність.

7. Здібність до утворення сплавів.

Всі метали і сплави, вживані в даний час в техніці, можна розділити на дві основні групи. До першої з них відносять чорні метали - залізо і всі його сплави, в яких воно складає основну частину. Цими сплавами є чавуни і стали. В техніці часто використовують так звані леговані сталі. До них відносяться сталі, що містять хром, нікель, вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан і інші метали. Іноді в леговані сталі входять 5-6 різних металів. Методом легування одержують різні цінні сталі, володіючі в одних випадках підвищеною міцністю, в інших - високою опірністю до стирання, в третіх - корозійною стійкістю, тобто здатністю не руйнуватися під дією зовнішнього середовища.

До другої групи відносять кольорові метали і їх сплави. Вони отримали таку назву тому що мають різне забарвлення. Наприклад, мідь світло-червона, нікель, олово, срібло - білі, свинець - голубувато-білий, золото -жовте. Із сплавів в практиці знайшли велике застосування: бронза - сплав міді з оловом і іншими металами, латунь - сплав міді з цинком, бабіт - сплав олова з сурмою і міддю і ін.

Цей розподіл на чорні і кольорові метали умовно.

Разом з чорними і кольоровими металами виділяють ще групу благородних металів: срібло, золото, платину, рутеній і деякі інші. Вони названі так тому що практично не окислюються на повітрі навіть при підвищеній температурі і не руйнуються при дії на них розчинів кислот і лугів.

Фізичні властивості металів

Із зовнішньої сторони метали, як відомо, характеризуються перш за все особливим «металевим блиском», який обумовлюється їх здатністю сильно відображати проміння світла. Проте цей блиск спостерігається звичайно тільки у тому випадку, коли метал утворює суцільну компактну масу. Правда, магній і алюміній зберігають свій блиск, навіть будучи перетвореними на порошок, але більшість металів в мілкоподрібненому вигляді має чорний або темно-сірий колір. Потім типові метали володіють високими тепло- і електропровідністю, причому по здатності проводити тепло і струм розташовуються в одному і тому ж порядку: кращі провідники - срібло і мідь, гірша - свинець і ртуть. З підвищенням температури електропровідність падає, при пониженні температури, навпаки, збільшується.

Дуже важливою властивістю металів є їх порівняно легка механічна деформується. Метали пластичні, вони добре куються, витягуються в дріт, прокочуються в листи і т.п.

Характерні фізичні властивості металів знаходяться у зв'язку з особливостями їх внутрішньої структури. Згідно сучасним переконанням, кристали металів складаються з позитивно заряджених іонів і вільних електронів, що відщепилися від відповідних атомів. Весь кристал можна собі представити у вигляді просторових грат, вузли яких зайняті іонами, а в проміжках між іонами знаходяться легкорухомі електрони. Ці електрони постійно переходять від одних атомів до інших і обертаються навкруги ядра то одного, то іншого атома. Оскільки електрони не пов'язані з певними іонами, то вже під впливом невеликої різниці потенціалів вони починають переміщатися в певному напрямі, тобто виникає електричний струм.

Наявністю вільних електронів обумовлюється і висока теплопровідність металів. Знаходячись в безперервному русі, електрони постійно стикаються з іонами і обмінюються з ними енергією. Тому коливання іонів, що посилилися в даній частині металу унаслідок нагрівання, зараз же передаються сусіднім іонам, від них - наступним і т.д., і тепловий стан металу швидко вирівнюється; вся маса металу приймає однакову температуру.

По густині метали умовно підрозділяються на дві великі групи: легкі метали, густина яких не більше 5 г/см³, і важкі метали - всі інші. Густина, а також температури плавлення деяких металів приведені в таблиці №1.

Таблиця №1

Густина і температура плавлення деяких металів

Назва Атомна Густина Температура

вага г/см³ плавлення, ^оС

Легкі метали

Літій 6,939 0,534 179
Калій 39,102 0,86 63,6
Натрій 22,9898 0,97 97,8
Кальцій 40,08 1,55 850
Магній 24,305 1,74 651
Цезій 132,905 1,90 28,5
Алюміній 26,9815 2,702 660,1
Барій 137,34 3,5 710
Важкі метали

Цинк 65,37 7,14 419
Хром 51,996 7,16 1875
Марганець 54,9380 7,44 1244
Олово 118,69 7,28 231,9
Залізо 55,847 7,86 1539
Кадмій 112,40 8,65 321
Нікель 58,71 8,90 1453
Мідь 63,546 8,92 1083
Вісмут 208,980 9,80 271,3
Срібло 107,868 10,5 960,8
Свинець 207,19 11,344 327,3
Ртуть 200,59 13,546 -38,87
Вольфрам 183,85 19,3 3380
Золото 196,967 19,3 1063
Платина 195,09 21,45 1769
Осмій 190,2 22,5 2700

Частинки металів, що знаходяться в твердому і рідкому стані, зв'язані особливим типом хімічного зв'язку - так званим металевим зв'язком. Вона визначається одночасною наявністю звичайних ковалентних зв'язків між нейтральними атомами і кулонівським тяжінням між іонами і вільними електронами. Таким чином, металевий зв'язок є властивістю не окремих частинок, а їх агрегатів.

Хімічні властивості металів

Основною хімічною властивістю металів є здатність їх атомів легко віддавати свої валентні електрони і переходити в позитивно заряджені іони. Типові метали ніколи не приєднують електронів; їх іони завжди заряджені позитивно.

Легко віддаючи при хімічних реакціях свої валентні електрони, типові метали є енергійними відновниками.

Здібність до віддачі електронів виявляється у окремих металів далеко не однаковою мірою. Чим легше метал віддає свої електрони, тим він активніше, тим енергійно вступає у взаємодію з іншими речовинами.

Опустимо шматочок цинку в розчин якої-небудь свинцевої солі. Цинк починає розчинятися, а з розчину виділяється свинець. Реакція виражається рівнянням:

Zn + Pb(NO₃)₂ = Pb + Zn(NO₃)₂

З рівняння виходить, що ця реакція є типовою реакцією окислення-відновлення. Єство її зводиться до того, що атоми цинку віддають свої валентні електрони іонам двовалентного свинцю, тим самим перетворюючись на іони цинку, а іони свинцю відновлюються і виділяються у вигляді металевого свинцю. Якщо поступити навпаки, тобто занурити шматочок свинцю в розчин цинкової солі, то ніякої реакції не відбудеться. Це показує, що цинк більш активний, ніж свинець, що його атоми легше віддають, а іони важче приєднують електрони, ніж атоми і іони свинцю.

Витіснення одних металів з їх з'єднань іншими металами вперше було детально вивчено російським вченим Бекетовим, що розташував метали за зменшенням хімічної активності в так званий «витискаючий ряд». В даний час витискаючий ряд Бекетова носить назву ряду напруг.

В таблиці №2 представлені значення стандартних електродних потенціалів деяких металів. Символом Me+/Me позначений метал Me, занурений в розчин його солі. Стандартні потенціали електродів, виступаючих як відновники по відношенню до водню, мають знак «-», а знаком «+» відзначені стандартні потенціали електродів, що є окислювачами.

Метали, розташовані в порядку зростання їх стандартних електродних потенціалів, і утворюють електрохімічний ряд напруг металів:

Li, Rb, До, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

1. Чим менше електродний потенціал металу, тим більше його відновна здатність.

2. Кожний метал здатний витісняти(відновлювати) з розчинів солей ті метали, які стоять у ряді напруг після нього.

3. Всі метали, що мають негативний стандартний електродний потенціал, тобто що знаходяться у ряді напруг лівіше водню, здатні витісняти його з розчинів кислот.

Необхідно відзначити, що представлений ряд характеризує поведінку металів і їх солей тільки у водних розчинах і при кімнатній температурі. Крім того, потрібно мати зважаючи на, що висока електрохімічна активність металів не завжди означає його високу хімічну активність. Наприклад, ряд напруг починається літієм, тоді як більш активні в хімічному відношенні рубідій і калій знаходяться правіше за літій. Це пов'язано з виключно високою енергією процесу гідратації іонів літію в порівнянні з іонами інших лужних металів.

Способи отримання металів

Величезна більшість металів знаходиться в природі у вигляді з'єднань з іншими елементами.

Тільки небагато металів зустрічаються у вільному стані, і тоді вони називаються саморідними. Золото і платина зустрічаються майже виключно в саморідному вигляді, срібло і мідь - частково в саморідному вигляді; іноді попадаються також саморідні ртуть, олово і деякі інші метали.

Добування золота і платини проводиться або за допомогою механічного відділення їх від тієї породи, в якій вони укладені, наприклад промивкою води, або шляхом витягання їх з породи різними реагентами з подальшим виділенням металу з розчину. Вся решта металів здобувається хімічною переробкою їх природних з'єднань.

Мінерали і гірські породи, з'єднання металів, що містять, і придатні для отримання цих металів заводським шляхом, носять назву руд. Головними рудами є оксиди, сульфіди і карбонати металів.

Найважливіший спосіб отримання металів з руд заснований на відновленні їх оксидів вугіллям.

Якщо, наприклад, змішати червону мідну руду (куприт) Cu₂O з вугіллям і піддати сильному розжарюванню, то вугілля, відновлюючи мідь, перетвориться на оксид вуглецю(II), а мідь виділиться в розплавленому стані:

Cu₂O + С = 2Cu + CO

Подібним же чином проводиться виплавка чавуну їх залізняку, отримання олова з олов'яного каменя SnO₂ і відновлення інших металів з оксидів.

При переробці сірчистих руд спочатку переводять сірчисті з'єднання в кисневі шляхом обпалення в особливих печах, а потім вже відновлюють отримані оксиди вугіллям. Наприклад:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

ZnO + С = Zn + CO

В тих випадках, коли руда є сіллю вугільної кислоти, її можна безпосередньо відновлювати вугіллям, як і оксиди, оскільки при нагріванні карбонати розпадаються на оксид металу і двоокис вуглецю. Наприклад:

ZnCO₃ = ZnO + CO₂

Звичайно руді, окрім хімічного з'єднання даного металу, містять ще багато домішок у вигляді піску, глини, вапняку, які дуже важко плавляться. Щоб полегшити виплавку металу, до руди домішують різні речовини, створюючі з домішками легкоплавкі з'єднання - шлаки. Такі речовини називаються флюсами. Якщо домішка складається з вапняку, то як флюс вживають пісок, створюючий з вапняком силікат кальцію. Навпаки, у разі великої кількості піску флюсом служить вапняк.

В багатьох рудах кількість домішок (порожньої породи) така велика, що безпосередня виплавка металів з цих руд є економічно невигідною. Такі руди заздалегідь «збагатять», тобто видаляють з них частину домішок. Особливо широким розповсюдженням користується флотаційний спосіб збагачення руд (флотація), заснований на різній змочуваності чистої руди і порожньої породи.

Техніка флотаційного способу дуже проста і в основному зводиться до наступного. Руду, що полягає, наприклад, з сірчистого металу і силікатної порожньої породи, тонко подрібнюють і заливають у великих чанах водою. До води додають яку-небудь малополярну органічну речовину, сприяючу утворенню стійкої піни при збовтуванні води, і невелика кількість спеціального реагенту, так званого «колектора», який добре адсорбується поверхнею мінералу, що флотує, і робить її нездатною змочуватися водою. Після цього через суміш знизу пропускають сильний струмінь повітря, перемішуючу руду з водою і доданими речовинами, причому пухирці повітря оточуються тонкими масляними плівками і утворюють піну. В процесі перемішування частинки мінералу, що флотує, покриваються шаром адсорбованих молекул колектора, прилипають до пухирців повітря, що продувається, підіймаються разом з ними догори і залишаються в піні; частинки ж порожньої породи, що змочуються водою, осідають на дно. Піну збирають і віджимають, одержуючи руду із значно великим змістом металу.

Для відновлення деяких металів з їх оксидів застосовують замість вугілля водень, кремній, алюміній, магній і інші елементи.

Процес відновлення металу з його оксиду за допомогою іншого металу називається металотермією. Якщо, зокрема, як відновник застосовується алюміній, то процес носить назву алюмінотермії.

Дуже важливим способом отримання металів є також електроліз. Деякі найактивніші метали виходять виключно шляхом електролізу, оскільки всі інші засоби виявляються недостатньо енергійними для відновлення їх іонів.

В таблиці 2 зазначені всі властивості металів.

Таблиця 2

Властивості металів

Властивості

Метали

K

Na

Ca

Мg

Al

Mn

Zn

Fe

Cr

Ni

Sn

Pb

H

Cu

Hg

Ag

Pt

Au

Активність як відновників

зменшується ®

Здатність йонів відновлюватися

збільшується ®

Взаємодія з киснем

швидко окиснюються

окиснюються при звичайній температурі

–

окиснюються при нагріванні

не окиснюються

Взаємодія з водою

витісняють Н2 при звичайній температурі

витісняють Н2 тільки при нагріванні здатність зменшується ®

–

Н2 не витісняють

Взаємодія з кислотами

витісняють Н2 з кислот, утворюючи сіль (Н2SO4 тільки розведена)

–

Окиснюються HNO3 i Н2SO4 конц.

Не окиснюються HNO3 i Н2SO4 конц.

Знаходження в природі

У виді сполук

У вигляді сполук і простої речовини

У вигляді простої речовини

Промислові способи одержання

Електроліз розплавів сполук

1) відновлення оксидів Карбоном, 2) алюмінотермія, 3) електроліз водних розчинів

Термічний розклад сполук

Корозія металів. Захист судових конструкцій від корозії.

Втрати від корозії щорічно складають у світі сотні мільярдів доларів. Тому розв'язання цієї проблеми є актуальним завданням. До того ж, основні збитки від корозії зумовлені не стільки втратою самого металу, а виходом з ладу металоконструкцій, ціна яких значно перевищує ціну металу, який використали на їх виготовлення.

Корозія – процес самовільної фізико-хімічної взаємодії між металом і середовищем, який призводить до зміни властивостей металу (від лат. cоrrodere – роз' їдати).

Характерні ознаки корозії:

– процес самовільний, завжди негативного забарвлення, пов’язаний з погіршенням властивостей металів і виробів з них;

– відбувається на межі розділу фаз: метал – рідина; метал – газ.

Середовище, що зумовлює корозію, називають корозійним або агресивним.

Внаслідок взаємодії металу і корозійного середовища утворюються хімічні сполуки, які називають продуктами корозії, зумовлені цією взаємодією змінистану або властивостей окремих складових цієї системи – корозійним ефектом.

Чинники, що впливають на швидкість, вид та розподіл корозії, називають чинниками корозії (факторами корозії). Чинники, пов'язані з природою металлу (хімічний склад, структура, стан поверхні), називають внутрішніми, а зумовлені впливом корозійного середовища (склад, гідро– або аеродинамічні умови, тиск, температура, механічні навантаження) – зовнішніми чинниками.

Класифікація корозійних процесів

Для класифікації численних корозійних явищ використовують різні ознаки, найбільш значущими серед яких є:

–механізм реакцій взаємодії металу з середовищем;

–характер ушкоджень поверхні металу;

–умови експлуатації та вид корозійного середовища;

За характером ушкоджень поверхні металу або порушень його фізико- хімічних властивостей корозійні руйнування поділяють на рівномірні і нерівномірні.

Нерівномірна корозія (точкова (пітінг) або міжкристалічна) більш небезпечна, ніж рівномірна, тому що призводить до різкого зменшення опору металу, або утворення наскрізних дефектів у металевих виробах.

За умовами експлуатації розрізняють:

корозійно-механічне руйнування;

корозію при терті; корозію під дією блукаючих струмів.

За видом корозійного середовища: атмосферну корозію, підземну корозію, морську корозію, корозію в розплавах електролітів, корозію під дією блукаючих струмів.

Електрохімічна і хімічна корозія металів

За механізмом протікання розрізняють хімічну та електрохімічну корозії.

Хімічна корозія – це самовільне руйнування металу в неелектропровідних середовищах переважно в атмосфері сухого газу. У процесі хімічної корозії процес окиснення металу та відновлення окисника відбувається в одну стадію (хімічний процес).

До хімічної корозії відносять:

– корозію в неелектролітах (бензин, бензол, бром);

– газову корозію – корозію при контакті метала з сухими газами за високих температур (наприклад, корозія матеріалів двигуна внутрішнього згоряння, лопаток газових турбін та інше).

Типовим процесом хімічної корозії є окиснення металів в атмосфері кисню.

Me + 1/2O₂ → MeO

Так, на повітрі поверхня активного металу вкривається оксидною плівкою, яка за звичайної температури захищає метал від подальшої корозії.

Приклади протікання хімічної корозії – корозія заліза в сухому повітрі:

2Fe + O₂→ 2FeO

Fe – 2e → Fe²⁺ 2

O₂ + 4e → 2O ^2– 1

4FeO+ 3O₂→ 2Fe₂O₃

Fe²⁺ – e –→ Fe⁺³ 4

O₂ + 4e –→ 2O^2– 1

Корозія посилюється за наявності розчинника, зокрема води. Корозія в розчинах електролітів – це електрохімічна корозія. Електрохімічна корозія – це процес самодовільного розчинення металів у розчинах електролітів, під час якого окислення металів і відновлення окисника середовища відбувається на різних стадіях і ділянках металу.

Електрохімічний вид корозії є найпоширенішим. Теорію електрохімічної корозії розробили російські вчені В. О. Кістяківський, В. Г. Акимов та інші. Згідно з цією теорією, найлегше руйнуються метали за наявності електролітів та інертних домішок (карбіди, метали з вищими значеннями стандартних потенціалів). У цих випадках створюються умови для виникнення гальванічного елемента. Поверхня кожного метала гетерогенна (неоднорідна) і складається із багаточисленних короткозамкнутих мікроелектродних елементів. При контакті з розчином електроліту мікрогальванічні корозійні елементи починають функціонувати, що призводить до руйнування поверхні металу.

Таким чином при протіканні електрохімічної корозії одночасно протікають два електродні процеси.

1. Анодний процес – перехід іонів металу в розчин і утворення на анодній ділянці металу еквівалентної кількості електронів, які переміщуються до катодної ділянки металу.

Прикладом таких процесів є реакції окиснення:

Zn – 2e → Zn²⁺

Fe – 2e → Fe²⁺

2. Катодний процес – зв'язування електронів атомами електроліту (деполяризаторами) на поверхні металу, які при цьому відновлюються:

Ok + e → Red,

де Ok – окисник, який знаходиться в розчині електроліту;

Red – його відновна форма.

Прикладом катодних процесів можуть бути такі реакції відновлення:

2H⁺ + 2e → H₂ (кисле середовище)

O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH ^–, або O₂ + 4H⁺ + 4e → 2H₂О (лужне та нейтральне середовище)

Найважливішими окисниками, що спричинюють електрохімічну корозію, є розчинений кисень та іони Гідрогену.

Тобто, іони Гідрогену, що містяться у воді або в нейтральному водному середовищі, можуть окиснювати тільки ті метали, значення потенціалів яких менші за -0,41 В, тобто метали від початку ряду електрохімічних потенціалів до кадмію. Проте кількість металів, які здатні окиснюватися іонами Гідрогену в нейтральному середовищі, практично менша, оскільки на поверхні кадмію і подібних до нього металів є захисна оксидна плівка.

Розчинений у воді кисень здатний окиснювати ті метали, потенціал яких менший за 0,8 В.

Отже, кисень, що міститься у воді або в нейтральному водному середовищі, може окиснювати метали, розміщені від початку ряду електрохімічних потенціалів до срібла (значення потенціалів цих металів менше за 0,8В).

Приклади протікання електрохімічної корозії

1. Корозія заліза у вологому повітрі:

–A: Fe – 2e → Fe²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^– 1

2Fe + O₂ +2H₂O → 2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

2. Електрохімічна корозія металів, які контактують у кислому та нейтральному середовищі:

Fe Zn

При контакті двох металів анодом буде метал з меншим стандартним електродним потенціалом – цинк, катодом – метал з більшим значенням потенціалу – залізо. На аноді протікає процесс окиснення металу (цинку), а на катоді (залізо) відбувається процес відновлення іонів гідрогену (кисле середовище) або молекул кисню (нейтральне середовище).

кисле середовище нейтральне середовище

–A: Zn – 2e→ Zn²⁺ –A: Zn – 2e–→ Zn²⁺

+K: 2H⁺ + 2e→ H₂ +K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^–

Zn + 2H⁺→ Zn²⁺ + H₂ 2Zn + O₂ + 2H₂O → 2Zn(OH)₂

Анодний і катодний процеси, які розглянуто, умовно називають первинними процесами, а продукти їх взаємодії первинними продуктами корозії.

У процесі протікання електрохімічної корозії можуть відбуватися вторинні процеси: взаємодія первинних продуктів корозії між собою і електролітом, а також з газами, які розчинені в електроліті. При цьому можуть утворюватися вторинні продукти корозії (гідроксиди, фосфати, силікати металів), які є малорозчинними у водних середовищах. У загальному вигляді вторинні продукти гальмують швидкість протікання електрохімічної корозії.

Утворення вторинних продуктів притаманне електрохімічній корозії, яка протікає в нейтральних або лужних середовищах.

Наприклад, розглянемо корозію алюмінію, що перебуває в контакті з міддю у вологому повітрі. Анодом є алюміній, катодом – мідь, на катоді відбувається розрядження іонів Гідрогену:

Al Cu

–A: Al – 3e → Al³⁺ 2

+K: 2H⁺ + 2e– = H₂ 3

2Al + 6H⁺→ 2 Al³⁺ + 3H₂

Якщо кисень не надходить до катода, то він швидко поляризується, тобто його потенціал стає негативним за рахунок наявності адсорбованого водню.

Поляризація може привести до зниження ЕРС гальванічного елемента до нуля і як наслідок – до припинення корозії.

Чисті метали стійкіші проти зовнішніх впливів, ніж сплави. Якщо метал містить домішки, то корозія його в розчинах електролітів виникає як результат дії невеликих місцевих (локальних) гальванічних елементів (гальванопар). У цьому випадку, як і в звичайному гальванічному елементі, водень накопичується на поверхні пасивних домішок, які ведуть себе як катод гальванічного елемента.

Анодом гальванічного елемента стає активніший метал, який руйнується.

Наприклад, корозія оцинкованого і лудженого (покритого оловом) заліза в місцях тріщин, дефектів відбувається по-різному у вологому повітрі. При корозії оцинкованого заліза анодом буде цинк як більш активний метал. Він буде руйнуватися. На поверхні заліза (катоді) відновлюється кисень:

–A: Zn – 2e→ Zn²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^– 1

2Zn + O₂ + 2H₂O → 2Zn(OH)₂

У лудженому залізі більш активним металом є залізо. Залізо стає анодом і починає руйнуватися. Тобто достатньо маленької подряпини на поверхні лудженого заліза, щоб залізо почало кородувати, на відміну від оцинкованного заліза.

–A: Fe – 2e → Fe²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^– 1

2Fe + O₂ +2H₂O → 2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Можна зазначити, що покриття з цинку виявляє як механічний, так й електрохімічний захист від корозії, а покриття з олова – тільки механічний.

Класифікація методів захисту від корозії

Для захисту від корозії використовуються різноманітні методи:

– використання корозійностійких сплавів – легування металів;

– зміна властивостей середовища (використання інгібіторів корозії);

– нанесення захисних покриттів (фарби, лаки, інші метали);

– створення штучних захисних плівок (анодування).

Найбільш надійним методом боротьби з корозією є виготовлення обладнання, машин та будівельних конструкцій з корозійностійких матеріалів.

Деякі метали є або стійкими до корозії (золото, платина), або на їхній поверхні утворюються стійкі плівки як в сухому, так і вологому повітрі (хром, нікель, титан, алюміній). Метали останньої групи в концентрованих розчинах окисників руйнуються значно менше, ніж у розведених розчинах. У такому випадку говорять про пасивацію металів. Зниження швидкості корозії відбувається в результаті утворення на поверхні металу плівок, які гальмують анодний процес. Такі метали пасивуються значно легше, ніж залізо, тому при їх введенні (легуванні) до залізо-карбонових сплавів утворюються сплави, стійкість яких до корозії є близькою до стійкості легуючого елемента. Загальна назва таких сплавів – нержавіючі сталі.

Метал або сплав, що знаходиться в пасивованому стані, може знов стати активним. Процес переходу металу з пасивного стану до активного називається активацією. Активацію можуть викликати відновники (Na₂SO₃, Na₂S₂O₃), або деякі іони (Н⁺, Cl^-, Br^-, I^-, SO₄^2-).

З іншого боку, існують такі речовини, які гальмують процес корозії. Вони звуться інгібіторами корозії. Інгібітори адсорбуються на поверхні металу і гальмують протікання катодного або анодного процесів. До анодних інгібіторів відносяться хромати, нітрити, фосфати і силікати лужних металів. Наприклад, в системах опалення будинків до гарячої води додають силікат натрію. До найбільш поширених інгібіторів органічного походження відносять уротропін (сухий спирт). Його додають до розчину для зняття накипу з поверхні залізних сплавів (парових котлів, труб, чайників).

Досить ефективними методами захисту від корозії є протекторний захист.

Протекторний захист – це захист основного металу від корозії шляхом його контакту з більш активним металом. При цьому утворюється гальванопара, у якій протектор виступає в якості анода (руйнується), а основний метал – у якості катода. Основний метал почне кородувати тільки після того, як протектор повністю окисниться. За допомогою протекторів захищають корпуси морських судів, труби, що знаходяться під землею. В якості протекторів використовують сплави магнію, цинку або алюмінію. Метали більш активні, ніж магній інтенсивно реагують з киснем та вологою, тому їх використовувати в якості протекторів не можна.

Останнім часом найбільше застосовується електрохімічний захист.

Розрізняють два види електрохімічного захисту: катодний та анодний захист.

Катодний захист найбільш поширений вид електрохімічного захисту. Його використовують для боротьби з корозією сталі, міді, латуні та алюмінію в умовах слабко-агресивних середовищ. Катодну поляризацію металу здійснюють шляхом його приєднання до негативного полюсу джерела електричного струму (катоду).

Позитивний полюс джерела електричного струму приєднують до допоміжного електроду, який буде виступати в якості аноду.

Метали, які здатні добре пасивуватися, можна захищати за допомогою анодного захисту: метал, який треба захистити приєднують до позитивного полюсу джерела струму. У деякому інтервалі потенціалів метал пасивується і корозійний процес гальмується.

Захисні покриття

Найбільш поширеним засобом захисту металів від корозії є покриття поверхні металів лаками, фарбами, емалями. Більшість лаків та фарб мають у своєму складі леткий органічний розчинник, який робить процес виробництва фарб та фарбування пожежонебезпечним.

Існують і металеві покриття, які наносять на поверхню метала різними методами: електрохімічними осадженням, напилюванням, термомеханічним методом. За характером захисної дії металеві покриття ділять на катодні та анодні.

Катодне – це покриття металом, який має більш позитивний електродний потенціал, ніж потенціал того металу, який захищають від корозії. Наприклад, залізо, покрите оловом (луджене залізо) чи міддю.

Анодним називають покриття металом, який має більш негативний електродний потенціал у порівнянні з потенціалом металу, який захищають від корозії. Наприклад, покриття заліза цинком (оцинковане залізо).

Питання для самоконтролю

1. Показати на конкретних прикладах різницю в будові атомів металів і неметалів.

2. Чим обумовлені фізичні властивості металів.

3. Перерахуйте фізичні властивості металів.

4. Знаходження металів в природі.

5. Приведіть конкретні приклади отримання металів в промисловості.

6. Що таке корозія металів.

7. Які види корозії металів ви знаєте.

8. Приведіть конкретні приклади застосування металів в промисловості.

9. Сплави. Їх застосування.

10. Методи боротьби з корозією.

Література

1. Р. Рипан, И. Четяну., Химия металлов, Мир – Москва, 1971.

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. Высшая школа, 1981 – 680с.

2. Глинка Н. Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов. – Л., Химия, 198

3. Хомченко И. Г. Общая химия. – 1987

Лекция 9

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

План лекции:

1. Основные положения теории Бутлерова.

2. Понятия явления изомерии

3. Классификация органических веществ.

4. Углеводороды (алканы, алкены, алкины).

5. Кислородсодержащие органические вещества (спирты, эфиры, карбоновые кислоты).

6. Нитрогенсодержащие органические вещества (аминокислоты, белки).

Органическая химия изучает органические вещества и их преобразования.

Органические вещества – имеют свои особенности в составе, строении и свойствах.

Состав органических веществ:

1. Качественный состав – из атомов каких элементов состоит вещество

Органические вещества – это соединения атомов Углерода. Кроме атомов Углерода, в органические соединения могут входить атомы Серы, Азота, Кислорода, Фосфора. Эти элементы называются элементами-органогенами (90% состава органических веществ). Атомы других элементов встречаются редко.

Особенности органических веществ:

1) Атомы Углерода могут соединятся не только с атомами других элементов, но и между собой, образуя углеродные цепи с одинарными или двойными связями.

2) Атомы Углерода в органических веществах всегда четырехвалентны.

3) атомы элементов-органогенов небольшие по размерам, поэтому могут образовывать компактные молекулы.

4) органогены имеют невысокую токсичность.

5) атомы биогенных элементов могут образовывать макроэргические связи – связи ковалентного типа, при разрыве которых выделяется 25 кДж/моль энергии.

На сегодняшний день известно около 300 тыс. неорганических и 5млн органических веществ.

2. Количественный состав – отображается общей формулой для каждого класса – количество атомов, входящих в состав молекулы.