Коррозия металлов. защита от коррозии.

ПРЕСС-КОНФЕРЕНЦИЯ

« КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ »

Учитель химии КСШ № 24

Тытюченко Н.А.

Тема: КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ.

Цели:

Образовательные: 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, температура и присутствие катализатора (ингибитора).

Развивающие: развить умение проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности, строить логические цепочки и выводы из наблюдений, прогнозировать решение некоторых проблем.

Воспитательные: совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения, продолжать формировать убеждения учащихся в необходимости привлечения средств химии к пониманию и описанию процессов, происходящих в окружающем мире.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, оборудование и реактивы для лабораторного эксперимента, таблицы: «Коррозия металлов», «Защита металлов от коррозии», презентация к уроку.

Методы и приемы обучения: метод проблемного изложения материала, метод поисковой беседы, исследовательский метод и сопровождение лабораторного проблемного эксперимента.

Тип урока: урок – пресс-конференция

ПЛАН УРОКА.

1. Главный теоретик института стали и сплавов объяснит сущность

коррозии.

2.Историк расскажет о развитии науки о коррозии.

3.Инженер расскажет о способах защиты от коррозии.

4.Экономист расскажет о потерях человечества из-за коррозии.

ВОПРОСЫ - ОТВЕТЫ.

1. Во всех ли случаях коррозия вредна?

2. Мы знаем, что ионы хлора усиливают коррозию. Почему же
тогда затонувшие корабли могут пролежать на дне морском долгое
время?

1. Влияет ли температура на разрушение металлов?

2. Являются ли жертвами коррозии мосты и эстакады?

1. Приведите пример использования коррозии в полезных целях.

2. Вот уже много тысячелетий ржавчина считается злейшим
   врагом человека. А нельзя ли зло превратить в добро?

7. В чем секрет поразительной стойкости лунного железа?

8.Какие «сюрпризы» приносит электрохимическая коррозия? 9. 9.Помните, у В.А. Жуковского - « И пламень ржавчины сожрал их шлемы и кольчуги ...» (« Певец в стане русских воинов»)? Действительно, пламень ржавчины «съедает» 10 -15 % производимых черных металлов. Приведите примеры особой стойкости изделий из железа.

Теоретик

Слово «коррозия» происходит от латинского corrodere, что обозначает разъедать.

Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвержены также камни, пластмассы и другие полимерные материалы.

Коррозия - это разрушение металлов под воздействием внешней среды. Это окислительно-восстановительный процесс, при котором атомы металлов переходят в ионы. В роли окислителей, как правило, выступают кислород и ионы водорода

Коррозия бывает химическая и электрохимическая. Химическая коррозии протекает в средах, не проводящих эл.ток (в газах, нефти) при высоких температурах, когда невозможна конденсация водяных паров. Ей подвергается аппаратура печей, детали двигателя внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, химическая аппаратура.

К электрохимической коррозии относятся все случаи в присутствии влаги. Ей подвергаются подводные части судов, паровые котлы, металлические сооружения и конструкции под водой, в атмосфере, проложенные в земле трубопроводы и т.д.

Коррозии железа способствует наличие в нем серы.

Современных людей поражает устойчивость к коррозии некоторых античных предметов, изготовленных из железа. Одной из причин являются низкое содержание в нем серы. Обычно в железо она попадает из каменного угля при доменной выплавке из руды. В далеком прошлом для этой цели использовали не каменный, а древесный уголь, который не содержит серы. Сера в железе обычно находится в виде сульфатов, которые разлагаются в процессе коррозии с выделением сероводорода, который ускоряют коррозию железа.

Разные металлы коррозируют неодинаково. Одни коррозируют быстро, другие оказываются более стойкими. Однако нет ни одного металла, который бы обладал абсолютной коррозионной стойкостью. Можно говорить лишь о стойкости при данных условиях окружающей среды. Даже благородные металлы разрушаются в определенных случаях: например, платина коррозирует, если ее погрузить в «царскую водку». Самые стойкие благородные металлы лишь очень короткое время способны сопротивляются воздействию этой смеси соляной и азотной кислот.

Если же на металлический материал воздействуют только сухие газы, то это химическая коррозия. Но более существенная электрохимическая коррозия, которая возникает под разрушающим действием водных растворов. Химическая коррозия оставляет следы на серебряных предметах. Они со временем темнеют, потому что в воздухе содержатся газообразные соединения серы. Образующихся при этом сульфид серебра остается на поверхности изделий в виде черной пленки. А также, еще, например, образование окалины на железе при его нагревании в воздухе. Этот процесс можно наблюдать при ковке или прокатке металлов. Под молотком или между валками темные слои окалины отпадают от ярко-красной стали. Окалина состоит из оксидов железа и образуется в результате химической реакции горячего железа с кислородом воздуха. Пленки, возникающие на поверхности многих металлов в газовой среде, представляют собой слой оксидов. Некоторые металлы покрываются очень тонкой и плотной пленкой, которая прочно связана с лежащим под ней металлом, хорошо защищает его от дальнейшей коррозии. На других металлах пленки получаются рыхлыми и быстро отпадают, поэтому коррозийное разрушение распространяется вглубь материала. На воздухе на поверхности алюминия очень быстро, за несколько секунд, образуются тонкий бесцветный окисный слой. Если в каком - то месте слой поврежден, то здесь возникает сразу же новый слой, который защищает металл от дальнейшего разрушения. Заметное действие естественного окисного слоя на алюминиевых материалах можно усилить поверхностной обработкой металлов. Более опасна электрическая коррозия. Так один миллионер выбрал сплав никеля с медью, монель-металл для обшивки корпуса своей яхты. Но так как детали корпуса были изготовлены из нержавеющих сталей, то на местах соприкосновения монель-металл со сталью образовались сильные гальванические элементы, возбудившие электрохимические коррозии.

Историк

Чтобы бороться с ржавчиной, нужно знать, как она образуется. Нелегко было определить ученым древности причину разрушения металлов. В наблюдательности древним нельзя отказать. Хорошо отражает отношение многих поколений к коррозии полная горечи фраза Плиния Старшего, утверждающего, что «ржавление проклятием ложится на железо».

В свое время Ломоносов высказал мысль, что при прокаливании металлы соединяются с воздухом, образуя окалину. Так появилась научная теория химической коррозии. В то время состав воздуха был неизвестен, поэтому ученый не мог назвать главного виновника. Позднее Лавуазье доказал, что металлы окисляются, соединяясь с кислородом. Электрохимическую коррозию изучали Дэви, Фарадей. Теория о коррозии металлов окончательно сформировалась в наше время. В общем виде она выглядит так: при соприкосновении с электролитом поверхности металла возникают коррозионные элементы. По природе они сродни элементам Гальвани. Современная теория связана с именами Акимова Г.В., Томатова Н. Д. Свой вклад внес и украинский академик И.Н. Францевик. Кстати, школа коррозионистов, созданная им в Киеве имеет большой авторитет.

Такой путь коррозионной науки в самом сжатом изложении. Она продолжает развиваться и сегодня.

Инженер

Великий Гете сказал:

«Просто знать еще не все, знания нужно использовать».

Средства защиты от коррозии - результат кропотливого, упорного, напряженного труда, неустанных поисков специалистов по борьбе с коррозией, конструкторов, строителей и еще многих рядовых огромной армии защитников металлов.

1. Электрический ток, главное орудие в этой борьбе с коррозией, напоминает меч, все виды изолирующих покрытий - кольчугу. Сочетание электрической защиты и антикоррозийных покрытий даст наиболее экономический эффект. У нас металлы, которые служат для защиты других металлов и изделий, называются прожекторами, в других странах - жертвенными анодами. Это и в самом деле жертвы, которые приносятся на «алтарь» коррозии. Отдавая ток для защиты, они постепенно растворяются и исчезают, обеспечивая сохранность конструкции.

Так защищают в Бразилии искусственный остров, состоящий из 26 полых емкостей диаметром 17 м. На всемирной выставке в Окинаве демонстрировался Акваполис - плавающий город будущего, построенный в 200м от берега. Площадь общей крыши города 1000м. Это гигантское сооружение может подниматься из воды и погружаться на глубину, равную ее высоте. Из смотровых залов открывается захватывающий вид на экспериментальную форму, расположенную на дне моря.

2. Изготовление сплавов, стойких к коррозии. Чтобы сделать сталь нечувствительной к воздействию атмосферного воздуха, в него добавляют 12 - 15 % хрома. Такая сталь применяется в химическом производстве.

3. Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных покрытий: лаков, красок, и других металлов. Листовое железо, покрытое цинком, называется оцинкованным, а покрытое оловом - белой жестью, из которой изготавливают консервные банки. Патент на хранение пищевых продуктов в жестяных банках был выдан французскому повару Апперу в 1810 году.

4. Кулинарам всех времен и народов известны пряности, которые своим присутствием не только делают соленья на много вкуснее и ароматнее, но и обогащают их витаминами, удлиняют срок хранения. Инженеры нашли такие вещества, которые, не меняя свойств металла, делают его устойчивым к коррозии и называются они замедлителями коррозии - ингибиторами. Меньше одного процента ингибитора достаточно для предохранения металла от коррозии. Такие вещества добавляют в кислоты, нефть при перевозке их в цистернах.

5. Пассивация металлов, - то есть образование на поверхности металла плотной оксидной пленки. Поэтому серную концентрированную и азотную кислоты можно перевозить в стальных цистернах.

Экономист.

Коррозия металлов наносит большой вред экономике. Человечество несет огромные материальные потери в результате коррозии трубопроводов, деталей машин, судов, мостов, морских конструкций и технологического оборудования. Коррозия приводит к уменьшению надежности работы оборудования: аппаратов высокого давления, паровых котлов, металлических концентратов для токсических и радиоактивных веществ, лопастей и роторов турбин, деталей самолетов. С учетом возможностей коррозии приходиться завышать прочность этих изделий, а значит, увеличивать расход металла, что приводит к дополнительным экономическим затратам. Коррозия приводит к простоям производства из-за замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции (утечка нефти, газов, воды), к энергетическим застоям, вызванных отложением ржавчины в трубопроводах. Коррозия приводит к загрязнению продукции. Исчисляются миллиардами долларов в год. Специалисты подсчитали, что в разных капиталистических странах стоимость потерь, связанных с коррозией, составляет 3 - 4 % валового национального дохода.

За период 1990 - 1996гг. во всем мире было выплавлено

2,5 млрд. тонн железа и стали. За это же время около 1/3 этого металла было принесено в жертву «рыжему дьяволу» - превратились в ржавчину.

Из-за коррозийной трещины в одной из реакторов произошел мощный взрыв и начался пожар на заводе по производству капролактама недалеко от города Скантри в Англии

Вопросы и Ответы

1. Во всех ли случаях коррозия вредна?

Нет, не всегда. Коррозию заставить служить человеку было не просто. Трудами многих ученых удалось направить силы коррозии в нежное русло. Сегодня ее используют для отчистки поверхности листов и труб от окалины. «Услугами» коррозии пользовались еще дамасские мастера. Для снятия окалины они погружали клинки и кинжалы в раствор серной кислоты с различными добавками - пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти растворы разрушали ржавчину, оставляя чистый металл. Уральские мастера для той же цели применяли раствор кислот с отрубями и крахмалом. Назывался такой раствор «Травильным».

2. Мы знаем, что ионы хлора усиливают коррозию. Почему
же тогда затонувшие корабли могут пролежать на дне
морском долгое время?

Во время подводных работ в Средиземном море нашли остатки какого-то корабля, напоминающего пиратский фрегат Флинта (помните «Остров сокровищ» Р. Стивенсона?). Удивительно, что металлические части выглядели не хуже, чем днище современных кораблей, проплававших в морях и океанах 10-15 лет. А ведь пролежали они значительно больше. Почему находка не поржавела окончательно?

Возможно, у нее были защитники? Нет, просто один «преступник» затруднял доступ другому. Дело в том, что главным «помощником» коррозии можно считать кислород. Без него разрушения проходит очень медленно. Винты пароходов, волны и ветер, хорошо перемешивают верхние слои воды и обогащают её кислородом. Поэтому так быстро ржавеет днище и борта. На дне, где вода почти неподвижна, кислорода значительно меньше. Вот почему так хорошо сохраняются некоторые металлические и деревянные части древних кораблей. Вот потому есть надежда на остатки «Санта Марии», одной из каравелл Колумба, затонувший 500 лет назад.

3. Влияет ли температура на разрушение металлов?

Есть немало примеров, когда температура играет чуть ли не решающую роль в разрушении металла. В разных условиях опасными могут оказаться и высокие и низкие температуры. Мороз был причиной гибели второй английской экспедиции на южный полюс. Руководил ею знаменитый Роберт Скотт.

Опытный исследователь, хорошо изучивший условия Антарктиды, старался предусмотреть все. Но экспедицию постигла неудача. Добравшись до полюса, путешественники увидели норвежский флаг и следы лагеря Амундсена. На обратном пути они не обнаружили на складах керосина. Жестяные банки с керосином были запаяны оловом. А надо сказать, что на морозе оно «забавляет» - металл рассыпается в порошок. Усталые, голодные и продрогшие люди не могли согреться, им не на чем было приготовить пищу. Скотт и его друзья погибли.

Примеры опасного влияния высоких температур легко найти на металлургических заводах.

4. Являются ли жертвами коррозии мосты и эстокады?

В Петербурге и вдали от него рельеф местности пересечен и в эксплуатации находится 1700 больших и малых мостов. Сегодня 66 из них могут пропустить только легковые автомобили, а 196 нуждаясь в ремонте, а есть, такие которые восстановить практически невозможно. Оказывается, что если арматуру для моста перевозить в автомобиле, где до того перевозились удобрения, коррозия значительно ускоряется. Из-за этого очень быстро вышел из строя мост в Германии.

5. Приведите пример использования коррозии в полезных целях.

Экспериментальная физика и химия давно используют коррозию для научных опытов. Одно из нее остроумных применений - это изучение скин-эффекта с помощью коррозийного растворения тонкого слоя металла. Искусство китайских умельцев, написавших на зерне риса послание, вошло в легенду. Сегодня инженеры заставили коррозию «выписывать» сложнейшие запутанные линии на металлических пластинах, на которых затем размещают миниатюрные радиодетали. Благодаря этому размеры приемников резко сократились. Интересно, что в таком радиоприемнике и звук чище. Видите, коррозия даже может улучшить качество продукции.

6. Вот уже много тысячелетий ржавчина считается
злейшим врагом железа. А нельзя ли это зло превратить в
добро?

Любопытную технологию превращения слоя ржавчины в... защитное покрытие удалось разработать индейским инженерам и ученым. Для этого на стальное изделие, покрытое густым слоем ржавчины, наносят специальный состав, благодаря которому слой оксидов становится прочным панцирем черного цвета. Затем на него наносят краску, которая, кстати, держится на этом защитном слое надежнее, чем непосредственно на металлической поверхности. Теперь изделию коррозия не страшна. В Индии полтора тысячелетия существует общество по борьбе с коррозией.

Близ Дели высится огромная железная колонна, ставшая в тупик современных ученых, которые не могут определить способ ее изготовления, предохранивший железо от окисления и других атмосферных давлений. Весит колонна 6,5 тонн. Ее высота 7,2 м, диаметр - от 42 см у основания до 30 см у верха. Изготовлена она почти из чистого железа(99,72%). Колонна была воздвигнута в 415году.

7. В чем секрет поразительной коррозийной стойкости
лунного железа?

Тайна лунного железа раскрыта. «Виновником» его поразительной коррозийной стойкости, во много раз превосходящей стойкости созданных на Земле сталей и сплавов, оказался солнечный ветер - поток частиц (электронов, протонов) постоянно излучаемым Солнцем в межпланетное пространство. Они выхватывают с поверхности лунного вещества кислород и уносят в просторы Вселенной. А железо приобретает против него стойкий иммунитет и впредь не только на Луне не подвергается окислению, но и в земных условиях уверенно отражает атаки коррозии.

8. Какие «сюрпризы» приносят электрохимическая
коррозия?

Один американский мультимиллионер пытался предохранить дно своей роскошной яхты от коррозии в морской воде. Для обшивки корпуса яхты требовался особенно стойкий к коррозии металл. Выбор пал на сплав никеля с медью (монель - металл). Этот сплав отличался высокой стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе и в морской среде. Однако произошла неожиданность. Другие детали корпуса были сделаны и нержавеющей стали. Когда яхту спустили на воду, повсюду, где монель - металл соприкасался со сталью, образовались сильнейшие гальванические элементы, возбудившие электрохимические процессы, и сталь стала разрушаться настолько быстро, что судно не успело уйти в рейс.

9. Помните, В. А. Жуковский - « И пламень ржавчины сожрал их шлемы и кольчугу...» (« Певец во стане русских воинов»)? Действительно, пламень ржавчины «съедает» 10-15 % производимых черных металлов. Приведите примеры особой стойкости изделий из железа.

В 1820 году англичане купили в России листовое железо для покрытия здания английского парламента. Купили где-то на Урале. Так вот, за 17 лет крышу этого здания ни разу не ремонтировали и не красили, до сих пор крыша не имеет даже следов ржавчины. Секрет этого железа заключается в том, что его выплавляли из железных руд с помощью древесного угля, в котором не было вредных примесей, в том числе и серы.