Коррозия металлов

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа поселка Приузенский

Исследовательский проект

по химии на тему:

«Исследование факторов окружающей среды,
влияющих на коррозию металлов; способы защиты от коррозии»

Выполнили учащиеся 9 класса

Руководитель : Кушкумбаева З.С.

2017-2018 уч.год

ЦЕЛЬ: Изучение основных закономерностей процесса коррозии, значения коррозии в жизни человека и возможных способов защиты металлических изделий от неё.

ВИД ПРОЕКТА: поисково-исследовательский

Этапы проекта.

1 этап. Сбор и анализ информации

2 этап. Исследовательский этап. Первые выводы.

3 этап. Творческие работы. Презентация проекта.

Задачи:

1.Изучить сущность химической и электрохимической коррозии металлов;

2.выявить факторы, способствующие и препятствующие коррозии;

3. проанализировать способы защиты металлов от коррозии;

Мы видим мрачную картину,

Вот ржавый гвоздь и ржавая труба,

И даже новую машину

За год буквально съела ржа.

Ползет она как змей ужасный

И вглубь, и вширь, и поперек.

Корабль, краскою блиставший,

С дырой в боку ко дну идет.

Ржавеет все – тросы, лебедка,

Опоры зданий и мостов,

И даже руль подводной лодки

Всегда к ржавлению готов.

И где же выход из проблемы,

И в чем причина бедствий тех?

Найдем ответ мы непременно

Пусть нам сопутствует успех.

Анализ ситуации и определение проблемы

Коррозия или как ее иногда называют - «Рыжий дьявол» - это давний и очень опасный враг большинства металлов, применяемых в быту, технике и на производстве. Коварство этого извечного врага в том, что, невидимый, он остается всегда целым и невредимым, а металлы и сплавы несут огромные потери.

По подсчетам экономистов, ущерб, наносимый коррозией, во много раз превышает потери даже от такого страшного стихийного бедствия, как пожары! Да это и неудивительно, ведь огонь буйствует сравнительно редко, а коррозия действует постоянно, ни на один час, ни на одно мгновение, не прекращая свою подрывную деятельность. Около четверти всех производимых в мире металлов и сплавов – это 30 млн. тонн – становятся ежегодно жертвами коррозии. Она их уничтожает! Существенные убытки она причиняет даже косвенно. Вспомните хотя бы утечку нефти и газа из съеденного коррозией трубопровода. Коррозия досрочно выводит из строя детали, оборудование и целые сооружения. Знаменитая Эйфелева башня – символ Парижа - неизлечимо больна, только постоянная химиотерапия помогает бороться со смертельным недугом, источник которого коррозия. Башню красили уже 18 раз, отчего ее масса (9 тысяч тонн) каждый раз увеличивается на 70 тонн

Потери от коррозии в сотни раз превосходят стоимость самого ме­талла, так как они означают напрасный труд людей, создавших конструкцию, и предпо­лагают дополнительный труд по замене про­ржавевших изделий, потери готовой продук­ции, загрязнение окружающей среды. 

Чтобы победить врага, необходимо проникнуть во все его тайны. Коррозия металла – необратимый процесс, наносящий большой ущерб экономике.

Чтобы успешно бороться с коррозией, о ней нужно много знать.

Содержание проекта

Что такое коррозия?

Коррозия (от лат. corrosio – «разъедать») - это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой.

Виды коррозии. Различают два вида коррозии:

Химическая и электрохимическая

Химическая коррозия металлов- это разрушение металлов в результате их химического взаимодействия с веществами окружающей среды. Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия, протекающая в сухих газах при полном отсутствии влаги. Если продукты такого взаимодействия нелетучие и образуют плотную пленку, то коррозия со временем уменьшается и может совсем прекратится.

Например, на поверхности алюминиевых изделий образуется оксидная пленка, которая защищает металл от дальнейшего разрушения.

Al⁰+O⁰₂=Al₂O₃

Если же образуется рыхлая пленка, то коррозия может привести к полному разрушению металла( как у железа и его сплавов)

Кислородная коррозия связанна с образованием оксидной пленки состоящей из FeO, Fe₂O₃,Fe₃O₄

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ- это разрушение металлов которые сопровождаются возникновением электрического тока. Это такая коррозия в результате которой на ряду с химическими процессами (отдача электронов атомами корродируемого металла- процесс окисления) протекают электрические (перенос электронов от одного участка изделий к другому)

Электрохимическую коррозию наблюдаем в растворах электролитах.

Исследовательский этап.

Для изучения факторов ,влияющих на процесс коррозии я вместе с учителем заложила эксперимент, связанный с коррозией железа:

пробирка №1 - железный гвоздь в кипяченой воде, пробирка плотно закрыта;

пробирка №2 - железный гвоздь в кипяченой воде, пробирка не закрыта;

пробирка №3 - железный гвоздь в растворе хлорида натрия;

пробирка №4 - железный гвоздь, обвитый медной проволокой, в растворе хлорида натрия;

пробирка №5 - железный гвоздь, обвитый алюминиевой проволокой, в растворе хлорида натрия;

пробирка №6 - железный гвоздь находится в растворах хлорида и гидроксида натрия.

Через два дня мы проверили результаты опытов.

В пробирке №1 – железо практически не прокорродировало, водопроводная вода – слабый электролит, без доступа кислорода коррозия практически не идет.

В пробирке №2 – железо прокорродировало слабо, в чистой воде с доступом кислорода коррозия идет. Мы наблюдаем химическую коррозию.

В пробирке №3 - железо прокорродировало сильнее, чем во 2 пробирке, так как хлорид натрия сильный электролит, то коррозия в нем идет быстрее, чем в воде. Мы наблюдаем химическую коррозию, но здесь коррозия больше,следовательно, хлорид натрия – увеличивает скорость коррозии.

В пробирке №4 - железо (находилось в контакте с медью, в растворе хлорида натрия) прокорродировало, образовалось много ржавчины, так как хлорид натрия сильный электролит, то коррозия в нем идет быстрее, особенно в случае контакта железа с медью - менее активным металлом. Мы наблюдаем электрохимическую коррозию. Скорость коррозии высока, т.к. раствор хлорида натрия – сильный электролит, а медь - менее активный металл, чем железо.

В пробирке №5 - железо не прокорродировало, ржавчины не образавалось, так как железо находилось в контакте с алюминием - более активным металлом, то даже в сильнокоррозионной среде железо оказывается защищенным до тех пор, пока коррозии подвергается алюминий. В данном случае также наблюдается электрохимическая коррозия, но корродирует не железо, а алюминий, т.к. железо менее активный металл.

В пробирке №6 - железный гвоздь находился в растворах хлорида и гидроксида натрия. Железо практически не подверглось коррозии, можно предположить, что гидроксид натрия – замедляет коррозию, причина -наличие гидроксид-ионов, которые и являются ингибиторами.

Таким образом, коррозия идет активно, если присутствует кислород, процесс идет в среде сильного электролита(хлорид натрия), есть контакт с менее активным металлом. Коррозия идет медленно или отсутствует, если есть контакт с более активным металлом или присутствует ингибитор (гидрооксид натрия).

Меры борьбы с коррозией

«Недостаточно только получить знания; надо найти им приложение. Недостаточно только желать; надо делать». И. Гете.

Зная, какие факторы влияют на процесс коррозии можно найти способы защиты металлов от коррозии.

• Изменение свойств агрессивной среды:

• – удаление из неё веществ, которые усиливают коррозию (например, кислород можно удалить кипячением);

• – добавление веществ, которые замедляют коррозию, – ингибиторов.

• Легирование металлов– получение сплавов, которые устойчивы к коррозии (например, нержавеющей стали, содержащей до 18% хрома и до 10% никеля).

• Изоляция металла от окружающей среды нанесением покрытий:

• – неметаллических (покрытие лаками, красками, эмалями);

• – химических (оксидные, фосфатные, нитридные и т. д.);

• – металлических покрытий (катодное и анодное покрытие).

Электрозащита – нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током в противоположном направлении) Так защищают нефте- и газопроводы( анодная и протекторная)

Применение коррозии.

Коррозия может не только вредить, но и служить человеку. Индийские ученые научились превращать ржавчину в защитное покрытие. Для этого на изделие, покрытое слоем ржавчины, наносят специальный состав, благодаря которому слой ржавчины становится прочным панцирем, на него наносят слой краски, которая лучше держится, чем непосредственно на металлической поверхности. И крыше, покрытой железом, дают сначала немного заржаветь, а только потом красят.

Существует особая обработка металлов, когда в специально подобранном электролите ток энергично растворяет металл, т.е. идет коррозия. За короткое время возникает профиль детали, при этом очень высокая чистота обработки и скорость в 5-15 раз больше, чем при резании.

Сама ржавчина на низколегированных сталях крепко сцепляется с металлом и защищает его от дальнейшей коррозии.

Коррозия (от лат. corrosio – «разъедать») - это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой.

Коррозия металла – необратимый процесс, наносящий большой ущерб экономике.

Ежегодно вследствие коррозии в мире выбывает из фонда годного около
500 млн т проката черных металлов (около 30% годового производства металлов во всём мире)!

В результате коррозии металлы становятся менее прочными, нарушается герметичность труб
и аппаратов, что может привести
к утечке нефти, бензина, газа и т. д.