Решебник по химии 9 класс Габриелян | Страница 182

Коррозия — это разрушение металла или его сплава под действием окружающей среды. Это явление связано с химическими или электрохимическими процессами, в которых металл вступает во взаимодействие с веществами, содержащимися в воздухе, воде или других средах. Результатом коррозии часто становятся ржавчина, потемнение, разрушение металла.

Различают два основных вида коррозии:

3. Химическая коррозия — происходит в сухих газах или жидкостях, не проводящих электрический ток. Пример: взаимодействие железа с кислородом воздуха при высоких температурах: (3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄)

4. Электрохимическая коррозия — происходит в электропроводной среде, например, в воде с растворёнными электролитами. Пример: ржавление железа при его контакте с водой и воздухом: (4Fe + 6H₂O + 3O₂ → 4Fe(OH)₃)

Литий — активный щелочной металл, который легко подвергается химической коррозии при контакте с кислородом воздуха. При этом на его поверхности образуется оксид лития:

Молекулярное уравнение: (4Li + O₂ → 2Li₂O)

Этот процесс — пример химической коррозии, так как происходит в сухом воздухе без участия электрического тока. Оксид лития образует плотную плёнку, частично защищающую металл, но при наличии влаги и углекислого газа может дальше реагировать, образуя гидроксид или карбонат лития.

Существует несколько способов защиты металлов от коррозии:

7. Нанесение защитных покрытий

Это может быть физическое покрытие (лак, краска, пластик) или металлическое (гальваника, напыление). Например, окраска металлических конструкций, как Эйфелева башня.

8. Покрытие металлов другими металлами

Применяют более устойчивые к коррозии металлы, например: цинк (оцинковка), хром, никель, золото. Оцинковка также даёт эффект протекторной защиты.

9. Использование легирующих добавок

Добавки к сплавам (Cr, Ni, Mn, Ti) повышают устойчивость к коррозии. Например, нержавеющая сталь содержит хром и никель.

10. Изменение состава поверхности металла

Пример — воронение: обработка железа для образования плотной оксидной плёнки.

11. Протекторная защита

Менее активный металл защищается за счёт более активного (цинк защищает железо): (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻),

(O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻),

(Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn(OH)₂↓)

12. Использование ингибиторов

Это вещества, замедляющие коррозию, например, в охлаждающей жидкости автомобилей или в нефтепроводах.

Каждый способ применяется в зависимости от условий и экономической целесообразности.

На воздухе медь медленно окисляется кислородом с образованием оксида меди(II):

(2Cu + O₂ → 2CuO)

Для химической очистки поверхности меди можно использовать слабый раствор кислоты, например, уксусной или лимонной, а также раствор аммиака. Эти вещества способны удалить оксидную плёнку, не разрушая саму медь.

Соединение (CuOH)₂CO₃ — это основная соль, а точнее — основной карбонат меди(II).

При взаимодействии с разбавленной кислотой (например, HCl), он разлагается с образованием соли, углекислого газа и воды:

(CuOH)₂CO₃ + 4HCl → 2CuCl₂ + CO₂↑ + 3H₂O

Реакция между гидроксидом железа(III) и фосфорной кислотой — это реакция обмена, не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления всех элементов сохраняются.

2Fe(OH)₃ + 2H₃PO₄ → 2FePO₄↓ + 6H₂O

Образуется малорастворимый фосфат железа(III), который плотно прилипает к поверхности и препятствует дальнейшей коррозии.

Цинк — более активный металл, чем серебро. В морской воде (электролите) возникает гальваническая пара. Цинк будет служить протектором, окисляться и тем самым защищать серебро:

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

А электроны, высвобождающиеся при окислении цинка, будут восстанавливать кислород:

O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

И в результате:

Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn(OH)₂↓

Таким образом, корпус из серебра не будет корродировать, пока происходит окисление цинка.

Цинк играет роль протекторного металла. Он находится в электрохимическом ряду напряжений левее железа и окисляется первым:

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

Электроны переходят на железо, и оно становится катодом, где восстанавливается кислород:

O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

Цинк реагирует с OH⁻:

Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn(OH)₂↓

Таким образом, железо не окисляется, так как электроны на его поверхности не теряются, а наоборот — поступают от цинка. Поэтому железо остаётся защищённым.

Реактивы и оборудование: растворы аммиака (нашатырный спирт), хлорида натрия (поваренная соль), уксусной кислоты (столовый уксус), карбоната или гидрокарбоната натрия (стиральная или питьевая сода), вода; пять гвоздей, пять прозрачных пузырьков (например, из-под лекарств); любой самодельный индикатор.

После проведения эксперимента были получены следующие наблюдения:

4. Коррозия (ржавчина) наиболее активно шла в растворах поваренной соли (NaCl) и уксусной кислоты — это обусловлено наличием ионов, проводящих электрический ток, и кислой среды, ускоряющей электрохимические процессы.

5. Слабые признаки коррозии наблюдались в растворе карбоната натрия и нашатырного спирта, так как они обладают щелочной средой, менее способствующей окислению железа.

6. В чистой воде коррозия шла медленно, особенно при отсутствии доступа кислорода.

Коррозия железа усиливается в растворах, которые хорошо проводят электрический ток (электролиты), особенно в кислой среде. Щелочная среда и отсутствие электролитов замедляют коррозионные процессы.

Происходит электрохимическая коррозия: железо отдаёт электроны (окисляется), а на другом участке поверхности восстанавливается кислород с образованием ионов гидроксида. Это приводит к образованию (Fe(OH)₃), то есть ржавчины.

Коррозия активнее протекает на острой части гвоздя — это связано с нарушением пассивной плёнки на изогнутых или заострённых участках металла. Также, если металл повреждён механически, процесс коррозии ускоряется.