Тема: Коррозия металлов и сплавов как результат и фактор загрязнения окружающей среды, меры по предупреждению коррозии

Урок № 42

Тема: Коррозия металлов и сплавов как результат и фактор загрязнения окружающей среды, меры по предупреждению коррозии.

Цель:

сформировать представление учащихся о механизме коррозийных процессов, об их последствиях и способах защиты от коррозии;

Задачи:

• познакомить учащихся с сущностью химической и электрохимической коррозии, со способами защиты от коррозии металлов и сплавов;

• восстановить в памяти учащихся объяснение окислительно-восстановительных процессов;

Тип урока: объяснение нового материала.

Ход урока:

1. Орг момент

2. Актуализация знаний

3. Изучение нового материала:

«Жизнь человеческая подобна железу. Если употреблять его в дело, оно истирается, если не употреблять - ржавеет»

Катон старший.

Древнеримский философ

-31 января 1951 г. обрушился железнодорожный мост в Квебеке (Канада ), введенный в эксплуатацию в 1947 г.

- в 1964 г. рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире - 400-метровая антенная мачта в Гренландии.

- Из-за повреждений нефтепроводов в реки и на грунт выливается нефть.

Что же объединяет эти примеры? (разрушение металлических изделий)

Этот процесс и станет предметом нашего изучения на уроке.

Разрушение, или правильнее разъедание, в переводе на латинский звучит как "кородире".

Итак, мы сегодня изучаем процесс коррозии металлов. Когда зачитывала эпиграф урока прошу вас дома поразмышлять над словами философа, что лучше «истираться» - ведя активный образ жизни, или «ржаветь» не работая?

Коррозия (от латинского «corrodere» разъедать) - самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

Примерно 20% железа ежегодно выплавляемого в мире разрушается от коррозии.

Коррозия - разрушение металлов под действием окружающей среды, при этом металлы окисляются по схеме:

В зависимости от вызываемых коррозией повреждений поверхности металлов различают следующие ее виды:

• равномерную (сплошную),

• язвенную,

• точечную (питтинг).

Как вы думаете какой вид коррозии самый опасный?

Почему? (Питтинг - большая глубина поражения и малая площадь)

По механизму протекания коррозия делиться на два вида: химическая и электрохимическая

I. Химическая - коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде (газами или электролитами), при этом происходит окислительно-восстановительное разрушение металла без возникновения электрического тока в системе.

Газовая - химическая коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с газами.

Основной окислитель - кислород воздуха.

Процессы химической коррозии железа:

2Fe + O₂ = 2FeO

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃

3Fe + 3O₂ = FeO·Fe₂O₃ (смешанный оксид железа (II, III) )

4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃ (на воздухе в присутствии влаги)

Fe(OH)₃ ^{t °C}→ H₂O + FeOOH (ржавчина)

3Fe + 4H₂O_(пар) = Fe₃O₄ + 4H₂

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

II. Электрохимическая - окислительно-восстановительное разрушение сплавов и металлов, содержащих примеси, с возникновением электрического тока в системе.

АНОД (более активный металл) - разрушается

КАТОД (менее активный металл или примесь неметалла, способного + ē) - восстанавливается среда

Ме⁰ - nē → Meⁿ⁺(процесс окисления)

кислая среда: 2H⁺ + 2ē → H₂ (процесс восстановления)

влажный воздух: O₂ + 2H₂O + 4ē → 4OH^- (процесс восстановления)

Пример:

Электрохимическая коррозия железной детали с примесями меди во влажном воздухе.

А: Fe⁰ - 2ē → Fe²⁺ (Окисление)

К: O₂ + 2H₂O + 4ē → 4OH^- (процесс восстановления)

Итог: 2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂ (белая ржавчина)

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃ (бурая ржавчина)

Fe(OH)₃ = FeOOH + H₂O

III. Защита от коррозии:

1). Металлические покрытия - анодное (покрытие более активным металлом Zn, Cr) - оцинкованное железо; катодное (покрытие менее активным металлом Ni, Sn, Ag, Au) - белая жесть (лужёное железо) - не защищает от разрушения в случае нарушения покрытия.

2). Неметаллические покрытия - органические (лаки, краски, пластмассы, резина - гумирование, битум);

неорганические (эмали).

3). Протекторная защита - присоединение пластины из более активного металла (Al, Zn, Mg) - защита морских судов.

4). Электрохимическая (катодная) защита - соединение защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Ток идёт в противоположном направлении.

5). Добавление ингибиторов ( в зависимости от природы металла -NaNO₂, Na₃PO₄, хромат и бихромат калия, ВМС органические соединения), адсорбируются на поверхности металла и переводят его в пассивное состояние.

5. Закрепление :

№1. При электрохимической коррозии на поверхности анода протекает процесс

А) Восстановления ионов водорода; Б) Окисления металла;

В) Восстановление молекул кислорода; Г) Окисления молекул водорода.

№2. Почему считают, что рядом со стальной коронкой (Fе) не рекомендуется ставить золотую (Аu)?

№3. Вот история, произошедшая с норвежским грузовым судном «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Корпус судна сделан был из стали. Внезапно судно дало течь. Объясните, что произошло.

№4. Какой из компонентов загрязненного городского воздуха является наиболее коррозионно-активным по отношению к металлам, особенно при повышенной влажности:
а) N₂; б) СО; в) SO₂.

№5. Почему цинк не используют при изготовлении консервных банок для покрытия им железа? Почему оцинкованное железо идёт на изготовления вёдер, баков?

№6. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?

№7. При изготовлении луженого железа (белой жести) - железо покрывают оловом, какое это покрытие - А) Анодное; Б) Катодное? Запишите электродные процессы

№18. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели вот уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Объясните, почему в данном случае статуя не подвергается коррозии

6. Д\з параграф 32 стр 103-106