Методическая разработка по дисциплине: "Материаловедение" на тему: "Коррозия металлов и способы защиты от неё".

Тема: «Коррозия металлов и способы защиты от неё»

Цель: сформировать представление о коррозии металлов как самопроизвольном окислительно-восстановительном процессе, её значении, причинах, механизме и способах защиты.

Задачи:

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

- решить практико-ориентированные задачи, тесты.

-  совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения, способствовать развитию познавательного интереса к предмету.

Тип урока: урок изучения нового материала

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация к уроку.

Ход урока

I. Организационный момент.

- Добрый день! Сегодня мы с вами продолжаем говорить о металлах, их общих свойствах. Тему, которую мы с вами будем рассматривать волновала человечество издавна, как только оно начало применять металлические изделия.

II. Мотивация учения. Формулировка темы урока. Постановка целей и задач.

- Недавно мне попалась интересная информация, которой я хочу с вами поделиться

1. В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера, была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище её было обшито сплавом меди и никеля, киль и другие детали были изготовлены из стали. Когда яхту спустили на воду, оказалось, что она не пригодна к использованию. И ещё до выхода в открытое море была полностью выведена из строя (сл 2)

2. В III столетии до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи бога Солнца Гелиоса. Статуя была изготовлена из глины, основой служил железный каркас, а сверху статуя была покрыта листами из бронзы (сплав меди с оловом). Колосс Родосский считался одним из 7 чудес света однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения (сл 3)

3. 31 января 1951 года, при сильном морозе, обрушился железный мост в Квебеке (Канада), введенный в эксплуатацию в 1947 году. (сл 4)

4. В 1964 году рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире – 400 метровая антенная мачта на юго-западном побережье Гренландии. (сл 5)

Итак, ребята, как мы можем сформулировать тему сегодняшнего урока?

-Коррозия металлов и способы защиты от неё. (сл 6)

Прежде, чем перейти к объяснению, предлагаю выполнить задание: на доске записаны вопросительные слова: что?, почему?, как?, какая?, для чего? Составьте, пожалуйста, вопросы к теме «Коррозия металлов и способы защиты от неё» используя данные вопросительные слова. 
Фронтальный опрос учащихся с фиксированием лучших вопросов на доске.
Например: 
- Что такое коррозия металлов?
- Почему возникает коррозия металлов?
- Как возникает коррозия металлов? (Как защитить металл от коррозии?)
- Какая бывает коррозия?
- Для чего надо изучать коррозию? (сл 7)

 - Итак, давайте теперь определим цели нашего урока.

- Что такое коррозия, её причины, реакции, которые при этом происходят, как бороться с коррозией. (сл 8)

- чтобы знать, как бороться с врагом надо хорошо изучить его. К этому призывает эпиграф к уроку: «Знать – значит победить!» (Слова академика А.Н. Несмеянова, доктора химических наук) (Сл 9)

III. Изучение нового материала.

Вам возможно уже известно значение слова - коррозия

Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать. (сл 10)

Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево. Например, в настоящее время мы являемся свидетелями большого беспокойства людей в связи с тем, что от кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора. (сл 11)

Таким образом, мы с вами подошли к формулировке понятия «коррозия». В материаловедении понятие коррозия формулируется следующим образом:

Коррозией – называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под воздействием окружающей среды. Давайте запишем это определение в тетрадь. (сл 12)

Процессы физического разрушения к коррозии не относят хотя часто они наносят не меньший вред памятникам культуры. Их называют истиранием, износом.

- чем покрывается железный гвоздь при коррозии?

- ржавчиной.

- Ржавлением называется только коррозия железа и его сплавов. Другие металлы также подвергаются коррозии, но не ржавеют. Хотя коррозируют практически все металлы, но в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа.

- Теперь попробуем вместе разобраться с причинами возникновения и видами коррозии металлов. В современной науке существует следующая классификация коррозии: (сл 13)

1. «По природе агрессивных сред»: газовая, жидкостная, атмосферная, почвенная, блуждающими токами.

2. "По характеру разрушений": сплошная, местная, межкристаллитная.

3. «По механизму возникновения» : химическая и электрохимическая.

Рассмотрим подробнее химическую и электрохимическую коррозию.

– запись в тетради.

Химическая коррозия – самопроизвольное  разрушение металлов в среде окислительного газа при повышенных температурах или в жидких неэлектролитах (например, нефть). (сл 14)

Ей подвергается арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания и аппаратура химической промышленности, при этом происходят окислительно-восстановительные реакции. (сл 15)

Электрохимическая коррозия - самопроизвольный процесс разрушения металлов в среде электролитов (сл 16)

При электрохимической коррозии требуется наличие электролита (конденсат, дождевая вода и т.д.), как например при ржавлении железа во влажном воздухе. (сл 17)

Процесс окисления (ржавления) наиболее часто приходится наблюдать для железа и его сплавов (чугуна и стали). Ежегодно во всём мире производится более 500 млн. т стали, но едва ли не ¼ ее «погибает». По данным института физической химии каждая шестая домна работает впустую - весь выплавленный металл превращается в ржавчину. Ржавеют и выходят из строя механизмы, машины. Сколько труда тратится на их замену! (сл 18)

В ноябре 2007 года в Керченском заливе во время сильного шторма затонуло 12 судов. Все они были насквозь проржавевшими. Один из них - танкер “Волгонефть-139” разломился пополам. В море вылилось 2000 т мазута. (сл 19)

- Все осознают, что с коррозией надо бороться. А чтобы ее победить нужно, знать причины и механизмы ее протекания

- А есть ли способы защиты от коррозии?

- есть.

Великий Гётте сказал: "Просто знать - ещё не всё, знания нужно уметь использовать"

- зная механизм коррозии и причины её возникновения, человек научился защищать металлы от коррозии. Вспомним с вами эпиграф нашего урока (Знать - значит победить) ( сл 20)

1. Неметаллическое покрытие (лаки, масла, краски и т.д.). Эти вещества изолируют металл от внешней среды. Например, Эйфелева башня в Париже изготовлена из стали и требует покрытия краской для защиты от коррозии и стала весить вместо 9 тонн на 70 тонн больше. (слайд № 21)

2. Металлическое покрытие – металлами (Zn, Cr, Ag, Ni, Sn и т.д.). Кровельное железо покрывают цинком, который охраняет железо от коррозии, хотя цинк и является более активным металлом. Он сам покрыт оксидной пленкой. (слайд № 22)

3. Нержавеющие стали (введение легирующих металлов: Cr, Ni, Co, Cu и т.д.). Основано на создании сплавов с антикоррозионными свойствами. Введение в сталь 12% хрома получают сталь устойчивую к коррозии. А введением никеля, кобальта и меди - усиливают антикоррозионные свойства, так как повышают склонность сплавов к пассивации (образование на поверхности металла устойчивой оксидной пленки). (слайд № 23)

4. Введение ингибитора. Ингибитор – это вещество, способное в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Дамасские мастера для снятия окалины использовали растворы сульфатной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были первыми ингибиторами. В результате растворялись лишь окалина и ржавчина. Например, гвоздь в воде с маслом не корродирует – масло является ингибитором. Ингибиторы широко применяются при очистке от накипи паровых котлов, снятия окалины с обработанных изделий, при хранении и перевозке хлоридной кислоты в стальной таре. (слайд 24)

5. Протекторная (более активный металл, стоящий левее в ряду электрохимического напряжения металлов) – легко разрушается. Протекторная защита применяется в тех случаях, когда защищается конструкция (подземный трубопровод, корпус корабля), находящаяся в среде электролита (морская вода, подземные почвенные воды и т.д.). Сущность такой защиты заключается в том, что конструкцию соединяют с протектором – более активным металлом, чем металл защищаемой конструкции. Например, дно корабля защищают кусочками из металла Zn, защищая железное дно от разрушения. В роли протекторов выступают и другие металлы: Mg, Al, Zn и сплавы из них. (слайд 25)

- Ещё одним из способов защиты металлов от коррозии является изготовление сверхчистых металлов. Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии. Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует, чем обычное железо. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. ( сл 34) Сделана она из чистого железа (99,72 %) и весом 6,5 тонн, высотой 7,2 метра и в диаметре от 42 см у основания и до 30 см у верха. Колонна была воздвигнута в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки исполнится заветное желание. Ученые предполагают, что эта колонна изготовлена из метеоритного железа. (слайд 26)

IV. Первичное закрепление материала 

- А теперь посмотрим, как вы усвоили тему сегодняшнего урока. Для этого предлагаю выполнить тренировочный тест.

V. Оценивание знаний - обменяйтесь, пожалуйста листочками и выполним взаимопроверку.

Каждый правильный ответ в тесте оцените в пол балла. Запишите итоговую сумму. Помимо этого я добавлю баллы за активную работу на уроке, за выполнение домашнего задания, за правильное проведение химического эксперимента и получится итоговая оценка.

VI. Рефлексия

• Все ли что запланировано мы с Вами выполнили?

• Какой вид работы сегодня на уроке понравился больше всего?

• Где могут понадобиться полученные знания в жизни?

• Что ещё Вы хотели бы узнать по этой теме?

VII. Домашнее задание:

§10(с. 47-51 выучить), упр. № 1, 2 с. 51 (выполнить письменно)

Дополнительное задание № 1: Склёпаны 2 металла. Укажите, какой из металлов подвергается коррозии а) Mn – Al; б) Sn – Bi

Дополнительное задание № 2: Образец латуни (медь + цинк) массой 200 грамм с массовой долей меди 60 % обработали избытком хлоридной кислоты. Определите объём газа, который выделится (н.у.)

Тест

1. Слово “коррозия” в переводе с латинского означает:

а) разрушать; б) разъедать; в) ржаветь.

2. Требуется скрепить железные детали. Каким металлом целесообразно воспользоваться

а) медью б) цинком в) свинцом

3. Окисление металла в среде не электролита:

а) электрохимическая коррозия; б) язвенная коррозия; в) химическая коррозия.

4. Разрушение металла, находящегося в контакте с другим металлом в присутствии водного раствора электролита:

а) газовая коррозия; б) электрохимическая коррозия; в) химическая коррозия;

5. Эмалирование это:

а) защитное неметаллическое покрытие металла;

б) электрохимический метод защиты металлов от коррозии;

в) способ придания красоты металлическому изделию;

6. Легирование это:

а) специальное введение в сплав элементов, замедляющих процесс коррозии;

б) покрытие железного листа слоем олова;

в) создание контакта с более активным металлом;

7. Вещества, замедляющие процесс коррозии называются:

а) протекторы; б) электроды; в) ингибиторы;

8. Присоединение к защищаемому металлу другого, более активного металла называется:

а) металлопокрытие; б) контактная защита; в) протекторная защита.

9. Процесс ржавления металла можно наблюдать при коррозии:

а) железа; б) алюминия; в) цинка;

10. По характеру разрушений выделяют:

а) повсеместную коррозию; б) сплошную; в) разрозненную;

11. Некоторые металлы не подвергаются коррозии, т.к. они покрыты:

а) защитным покрытием;

б) водонепроницаемым покрытием;

в) оксидной плёнкой

12. Для протекания электрохимической коррозии необходимо наличие:

а) воздуха; б) раствора электролита; в) органического растворителя.