Коррозия металла и практичные способы её предотвращения

Коррозия металла и практичные способы её предотвращения

Коррозия металла и практичные способы её предотвращения

ВВЕДЕНИЕ

коррозия металл химический

Актуальность выбранной темы обусловлена большой востребованностью металла в жизни человека, так как он является основополагающей частью промышленности, а также широко используется в быту.

В исторических науках есть сведения, что металл используется людьми с древних времен. На протяжении многих веков он является спутником жизни человека, начиная с изготовления орудий труда и заканчивая полетом в космос. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а в последствие и покрытием другими металлами. Применение металлических изделий является значимым компонентом сельского хозяйства.

В современном обществе люди зачастую заменяют металл пластиком, но человек не может совсем избавиться от металлических изделий, так как из металлов изготавливаются ключи, транспорт, трубопроводы и неисчисляемое количество других востребованных предметов обихода.

Большинство людей не замечают, как сильно некоторые металлы используемы в жизни. Они используются практически во всех сферах человеческой деятельности, обеспечивают безопасность, так как именно из них сегодня изготавливаются двери, замки и ограды, которые защищают людей и имущество.

В связи с широким применением металла большое значение приобрела проблема коррозии. В быту, как правило, люди не пытаются обеспечить защиту металла от коррозии. Актуальность проблемы антикоррозионной защиты металлов в быту основывается на рациональном использовании и хранении металлических изделий.

Предмет исследования: коррозия металла в быту.

Объектом исследования являются средства защиты от коррозии металла в быту.

Использовались аналитический, теоретический и экспериментальный методы исследования.

Была выдвинута следующая гипотеза: для предотвращения коррозии металлов могут быть использованы средства бытовой химии.

Цель: определить может ли освежитель воздуха являться средством, защищающим металл от коррозии в быту.

Задачи:

1.Выявление причин возникновения коррозии металла.

2.Теоретическое исследование вопроса о защите металла от коррозии средствами бытовой химии.

.Проведение экспериментов с освежителями воздуха, в качестве средства защиты металла от коррозии в различных химических средах.

.Анализ и интерпретация полученных результатов проводимых экспериментов.

Научная новизна заключается в следующем: выявлено, что освежитель воздуха предотвращает появление ржавчины, являясь ингибитором.

Глава I

коррозия металл химический

Химическая коррозия - это самопроизвольное разрушение металлов, возникающие при взаимодействии со средой, при котором окисление металла и восстановление - неразделенные процессы. Химическая коррозия не связана с образованием, а также воздействием электрического тока. [7]

Первопричиной химической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов. Они могут самопроизвольно переходить в более устойчивое состояние в результате процесса[3]:

Металл+Окислительный элемент среды=Продукт реакции

К химической коррозии относятся:

·Газовая коррозия - коррозионное разрушение под воздействием газов при высоких температурах;

·Коррозия в жидкостях-неэлектролитах.

Газовая коррозия - наиболее распространенный вид химической коррозии. При высоких температурах поверхность металла под воздействием газов разрушается. Это явление наблюдается в основном в металлургии (оборудование для горячей прокатки, ковки, штамповки, детали двигателей внутреннего сгорания и др.)

Самый распространенный случай химической коррозии - взаимодействие металла с кислородом.

Жидкости-неэлектролиты - это жидкие среды, которые не являются проводниками электричества. К ним относятся: органические (керосин, нефть, бензин); неорганического происхождения (жидкий бром, расплавленная сера и т.д.). Чистые неэлектролиты не реагируют с металлами, но с добавлением даже незначительного количества примесей процесс взаимодействия резко ускоряется. Например, если нефть будет содержать серу или серосодержащие соединения (сероводород, меркаптаны) процесс химической коррозии ускоряется. Если вдобавок увеличится температура, в жидкости окажется растворенный кислород - химическая коррозия усилится.[6]

Развитию коррозийных процессов способствуют радиация, продукты жизнедеятельности микроорганизмов и бактерий. Коррозия, вызываемая морскими микроорганизмами, наносит ущерб днищам морских судов, а коррозийные процессы, вызванные бактериями, даже имеют собственное название - биокоррозия. Совокупность воздействия механических напряжений и внешней среды многократно ускоряет коррозию металлов - снижается их термоустойчивость, повреждаются поверхностные оксидные пленки, а в тех местах, где появляются неоднородности и трещины, активируется электрохимическая коррозия.[8] Металл взаимодействует с водой или влажной окружающей средой, вследствие этого происходит химическая реакция, а именно коррозия металла. результатом которой могут быть гидроксиды двух- или трехвалентного железа.

Fe + 6H2O + 3O2 = $4Fe(OH)3 (осадок бурого цвета)

Fe + 2H2O + O2 = $2Fe(OH)2 (осадок зеленого цвета)

Например, трубы с течением времени ржавеют, поэтому становятся не пригодными для дальнейшего использования. Автозапчасти подвержены коррозии металла, что может привести к потере работоспособности автомобиля.

§ 1.2 ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА

Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведенного в мире железа, порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз больше стоимости металла, из которого они изготовлены. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на жизнь и здоровье людей. Понятно, почему на защиту металлов и сплавов от коррозии тратятся большие средства.[10]

Основные методы защиты металлов от коррозии:

.Применение защитных покрытий.

·Металлические изделия покрывают другими металлами (никелирование, хромирование и т.д.)

·Металлические изделия покрывают лаками, красками и эмалями.

·Части машин, инструменты и предметы быта из нержавеющей стали и других сплавов, стойких к коррозии.

.Электрохимические методы защиты.

·Применение заклепок, изготовленных из более активных металлов.

·Прикрепление пластинок из более активного металла для защиты основного металлического изделия.

·Нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположном направлении.

4.Изменение состава среды.[2]

·Добавление ингибиторов.

Применение ингибиторов - один из эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы - это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Название ингибитор происходит от лат. «inhibere», что означает сдерживать, останавливать. Они весьма специфичны для каждой группы химических реакций. Коррозия металлов - это лишь один из типов химических реакций, которые поддаются действию ингибиторов. По современным представлениям защитное действие ингибиторов связано с их адсорбцией на поверхности металлов и торможением процессов.[5]

Часто применяемые ингибиторы:

·Нитрат натрия

·Хроматы

·Фосфаты[4]

Для предотвращения коррозии металла в быту требуется содержать незащищенные металлические изделия подальше от влаги. В том случае, когда металлические предметы подвергаются воздействию влаги, необходимо очищать и высушивать их сразу после использования, чтобы предотвратить возникновение коррозии.

Также, необходимо сохранять чистоту металлической поверхности предметов. После каждого использования металлической детали, необходимо очищать функциональные поверхности, удаляя грязь или пыль.

Следует не содержать металлы, поврежденные коррозией и не поврежденные вместе.[9]

Глава II

§ 2.1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Был использован метод лабораторного эксперимента. Гипотеза работы значит, что для предотвращения коррозии металлов могут быть использованы средства бытовой химии. Опыт основан на предположении, что освежитель воздуха может быть использован, как средство предотвращения коррозии металла.

Исходные реактивы эксперимента: HCl, NaCl, NaNO3, H2O, NaOH.

Исходные материалы эксперимента: Освежитель воздуха «Glade 5 в 1 После дождя» (Производитель: Шанхай Джонсон ЛТД, Китай) - средство №1, Освежитель воздуха «Romantica Wild Berries» (Производитель: Сибиар , г. Новосибирск, Россия)- средство №2, в качестве металла, подвергаемого коррозии были использованы гвозди из низкоуглеродистой стали длиной 90 мм , диаметром 3,5 мм. Предварительно поверхности обоих образцов на участке воздействия агрессивной среды были отчищены абразивным материалом. Аэрозоль наносился таким образом, чтобы пена распределилась равномерно. После естественного высыхания пены в течение трёх минут на образце не осталось видимых следов обработки. Оба образца были помещены в пробирки с агрессивной средой.[1]

Лабораторные эксперименты были проведены в МБОУ «Общеобразовательный лицей №3».

§ 2.2 ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ

В таблицах №1 и 2 предоставлены результаты экспериментов со средством №1 («Glade 5 в 1 После дождя»).

Результаты экспериментов со средством №1, полученные через 72 часа - Таблица 1

Химическая средаКонтрольный образец без обработкиОбразец, обработанный средством №1Наглядные изображения (Приложение №1)NaCl (10%)Осадок ржавчины бурого цвета. Больше, чем с аэрозолем.Осадок ржавчины бурого цвета.Приложение №1 Рисунок №1NaNO3 (10%)Осадок ржавчины бурого цвета.Осадок ржавчины бурого цвета. Налет ржавчины покрывает всю поверхность гвоздя. Приложение №1 Рисунок №2H2OОсадок ржавчины бурого цвета. Поверхность покрыта частицами ржавчины.Осадок ржавчины бурого цвета. На поверхности гвоздя отсутствуют следы коррозии металла.Приложение №1 Рисунок №3NaOH (10%)На поверхности гвоздя отсутствуют следы коррозии металла. Осадок ржавчины отсутствует.Приложение №1 Рисунок №4HCl (10%)Черный осадок. Большая часть гвоздя покрыта чёрным налетом. На поверхности присутствуют образования Н2Черно- бурый осадок ржавчины. Вся поверхность гвоздя покрыта черным налетом с образованиями Н2Приложение №1 Рисунок №5

По полученным результатам эксперимента было отмечено, что в 10% растворе NaCl в пробирке, где находился контрольный образец, был замечен осадок ржавчины бурого цвета в большем количестве, чем на образце, обработанном средством №1. Следовательно, можно сделать вывод, что в химической среде 10% раствора NaCl гипотеза о возможности предотвращения коррозии металла с помощью освежителя воздуха подтвердилась. В химической среде 10% раствора NaNO3 в пробирке на образце, обработанном средством №1, был обнаружен налет оранжевого цвета. В то время, как на контрольном образце, помещенном в такую же агрессивную среду был замечен только осадок бурого цвета. Из чего можно заключить, что предположение о защите металлов от коррозии посредством нанесения пены освежителя воздуха в 10% растворе NaNO3 было опровергнуто. В химической среде H2O было выявлено, что гипотеза о возможности предотвращения коррозии метала применением освежителя воздуха, была подтверждена, так как в пробирке с контрольным образцом было обнаружено больше ржавчины, чем в пробирке с образцом, обработанным средством №1. В 10% растворе NaOH было обнаружено, что металл с ним не реагирует. На поверхности не обнаружено видимых следов коррозии металла. В химической среде 10% раствора HCl был обнаружен черный налет на поверхностях образцов, к тому же наблюдался черный осадок с примесями бурого цвета, причем в пробирке с образцом, обработанным средством №1 бурых оттенков было больше, чем в контрольном образце, помещенном в ту же среду. Следовательно, в данной химической среде освежитель воздуха не действует, как средство предотвращения коррозии металла.

Результаты экспериментов со средством №1, полученные через 168 часов - Таблица 2

Химическая средаКонтрольный образец без обработкиОбразец, обработанный средством №1Наглядные изображения (Приложение №2)NaCl (10%)Тёмно-бурый и более густой осадок ржавчины.Светло-бурый осадок ржавчины.Приложение №2 Рисунок №6NaNO3 (10%)Бурый осадок ржавчины.Буро-зеленый осадок ржавчины.Приложение №2 Рисунок №7H2OБолее плотный и бурый осадок ржавчины.Менее мутный бурый осадок ржавчины. Меньше, чем без аэрозоля.Приложение №2 Рисунок №8NaOH (10%)На поверхности гвоздя отсутствуют следы коррозии металла. Осадок ржавчины отсутствует.Приложение №2 Рисунок №9HCl (10%)Черный осадок. Поверхность гвоздя покрыта чёрным налётом. В растворе видны бурые частицы (меньше, чем с аэрозолем). Сверху видны образования Н2Черно-бурый осадок. Поверхность гвоздя покрыта тёмно-серым налётом. В некоторых областях наблюдаемы образования Н2. В растворе видны бурые частицы.Приложение №2 Рисунок №10

В отличие от результатов экспериментов, полученных через 72 часа, следует заметить, что в 10% растворе NaCl были замечены более темные оттенки осадков ржавчины у обоих образцов, но в пробирке с контрольным образцом был обнаружен более темный осадок ржавчины. В 10% растворе NaNO3 на образце, обработанном средством №1, был замечен буро-зеленый оттенок ржавчины. Следует, в 10% растворе NaNO3 освежитель, как средство предотвращения коррозии не действует. В H2O оттенки ржавчины образцов стали темнее по сравнению с результатами экспериментов, полученных через 72 часа со средством №1. В 10% растворе HCl оба образца покрылись более плотным черным налетом. В 10% растворе NaOH изменений не произошло, видимых следов коррозии металла не было обнаружено.

В таблицах №2 и 3 представлены результаты экспериментов со средством №2 («Romantica Wild Berries»).

Результаты экспериментов со средством №2, полученные через 72 часа - Таблица 3

Химическая средаКонтрольный образец без обработкиОбразец, обработанный средством №2Наглядные изображения (Приложение №3)NaCl (10%)Бурый осадок ржавчины.В растворе видны частицы ржавчины.Приложение №3 Рисунок №11NaNO3 (10%)Темно-бурый осадок ржавчины. Светло-бурый осадок ржавчины.Приложение №3 Рисунок №12H2OТемно-бурый осадок ржавчины.Светло-бурый осадок ржавчины.Приложение №3 Рисунок №13NaOH (10%)На поверхности гвоздя отсутствуют следы коррозии металла. Осадок ржавчины отсутствует.Приложение №3 Рисунок №14HCl (10%)Черный осадок. Черный налет на гвозде. Наблюдаемы образования Н2.Черный налет на гвозде и образования Н2. Черно-бурый осадок. Частиц ржавчины больше, чем без аэрозоля. Приложение №3 Рисунок №15

По результатам эксперимента, проводимого с 10% раствором NaCl можно сделать вывод, что освежитель воздуха может быть использован, как антикоррозийное средство, так как в пробирке с контрольным образцом было обнаружено значительно больше бурого осадка, чем в пробирке с экземпляром, обработанным средством №2. В 10% растворе NaOH изменений не произошло изменений. В 10% растворе NaNO3 освежитель воздуха действует, как антикоррозийное средство. Основанием данного умозаключения является то, что в пробирке с контрольным образцом был обнаружен более темный бурый осадок, чем в пробирке с экземпляром, обработанным средством №2. В 10 % растворе HCl в был обнаружен черный осадок ржавчины, причем в пробирке с образцом, обработанным средством №2 были обнаружены к тому же еще и бурые частицы ржавчины. Следовательно, освежитель воздуха не действует, как антикоррозийное средство в 10% растворе HCl. Действие освежителя воздуха, как антикоррозийного средства, было подтверждено в Н2О.

Результаты экспериментов со средством №2, полученные через 168 часов - Таблица 4

Химическая средаКонтрольный образец без обработкиОбразец, обработанный средством №2Наглядные изображения (Приложение №4)NaCl (10%)Тёмно-бурый осадок ржавчины. Более густой.Тёмно-бурый осадок ржавчины.Приложение №4 Рисунок №16NaNO3 (10%)Буро-зеленый осадок ржавчины.Бурый осадок ржавчины.Приложение №4 Рисунок №17H2OЧерный осадок.Тёмно-бурый осадок.Приложение №4 Рисунок №18NaOH (10%)На поверхности гвоздя отсутствуют следы коррозии металла. Осадок ржавчины отсутствует.Приложение №4 Рисунок №19HCl (10%)Плотный черный налет на образце. Черный осадок. Черный налет на образце. Черно-бурый осадок. В растворе наблюдаемы частицы ржавчины.Приложение №4 Рисунок №20

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что освежитель воздуха действует, как антикоррозийное средство в 10% растворе NaCl, так как в пробирке с контрольным образцом был обнаружен более густой осадок ржавчины, чем в пробирке с образцом, обработанным средством №2. В 10% растворе NaOH изменений не произошло изменений. В 10% растворе NaNO3 освежитель воздуха действует, как антикоррозийное средство, потому что в пробирке с контрольным обрзцом был обнаружен буро-зеленый ржавчины, в отличие от образца, обработанного средством №2, где был наблюдаем бурый осадок ржавчины. В 10% растворе HCl освежитель воздуха, как антикоррозийное средство, не действует. В Н2О действие освежителя воздуха, как средства предотвращения коррозии металла было подтверждено, так как в пробирке с контрольным образцом был обнаружен черный осадок ржавчины, в отличие от образца, обработанного средством №2, где был обнаружен темно-бурый осадок ржавчины.

Металл взаимодействует не со всеми веществами. Это обусловливается наличием активных и пассивных металлов.

Fe + NaCl ≠>+ NaOH ≠>+ NaNO3 ≠>+ 2HCl = H2# + FeCl2

4Fe + 6H2O + 3O2 = $4Fe(OH)3

заключение

Действие освежителей воздуха, как антикоррозийного средства обуславливается вероятно наличием ингибиторов в составе освежителей. Они путем физической адсорбции блокируют поверхность материала, либо путем химической реакции образовывают на ней защитный слой, который практически не виден. Применение освежителя воздуха, как антикоррозийного средства, может широко использоваться в быту. Зимой во время гололеда снегоуборочная техника посыпает проезжую часть солью. Это позволяет увеличить сцепление шин автотранспорта и дорожного покрытия, вследствие чего количество аварий значительно уменьшается. В ходе работы было установлено, что в растворе NaCl и Н2О всех экспериментах освежитель воздуха может быть использован как антикоррозийное средство. Следовательно, на автозапчасти предлагается наносить пену освежителя воздуха для предотвращения появления ржавчины. Также, можно нанести пену освежителя воздуха на металлическую поверхность инструментов и дачного инвентаря.

Использование знаний о защите металлов от коррозии с помощью бытовых средств, предоставляет возможность сохранить какой-либо металлический предмет в работоспособном состоянии. Антикоррозийная защита позволяет сохранить денежные средства и ресурсы металла!

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Журнал «Химия и Жизнь», Апрель 2008

)Учебное пособие для 7-11 классов вечерней(сменной) средней общеобразовательной школы, Часть II, Г.Е.Рудзитс, Ф.Г.Фельдман

)www.deksclub.ru/forum.php?thread_id=1472

) www.germetik-universal.com/index.php?id=30786

) www.n-t.ru/ri/kk/hm13.htm

) www.okorrozii.com/ingibitor-korrozii.html

) www.otherreferats.allbest.ru/chemistry/00161074_0.html

) www.rmnt.ru/story/metal/225345.htm

) www.ru.wikihow.com/предотвратить-коррозию-металла

) www.school.xvatit.com/index.php?title=Коррозия_металлов