Методичні рекомендації до підготовки і виконання лабораторних робіт курсантами денної та заочної форм навчання з дисципліни «Технічна хімія»

Наприклад, розглянемо корозію алюмінію, що перебуває в контакті з міддю у вологому повітрі. Анодом є алюміній, катодом – мідь, на катоді відбувається розрядження іонів Гідрогену:

Al Cu

-A: Al – 3e → Al3+ 2

+K: 2H+ + 2e- = H2 3

2Al + 6H+→ 2 Al3+ + 3H2

Якщо кисень не надходить до катода, то він швидко поляризується, тобто його потенціал стає негативним за рахунок наявності адсорбованого водню.

Поляризація може привести до зниження ЕРС гальванічного елемента до нуля і як наслідок – до припинення корозії.

Чисті метали стійкіші проти зовнішніх впливів, ніж сплави. Якщо метал містить домішки, то корозія його в розчинах електролітів виникає як результат дії невеликих місцевих (локальних) гальванічних елементів (гальванопар). У цьому випадку, як і в звичайному гальванічному елементі, водень накопичується на поверхні пасивних домішок, які ведуть себе як катод гальванічного елемента.

Анодом гальванічного елемента стає активніший метал, який руйнується.

Наприклад, корозія оцинкованого і лудженого (покритого оловом) заліза в місцях тріщин, дефектів відбувається по-різному у вологому повітрі. При корозії оцинкованого заліза анодом буде цинк як більш активний метал. Він буде руйнуватися. На поверхні заліза (катоді) відновлюється кисень:

-A: Zn – 2e→ Zn2+ 2

+K: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- 1

2Zn + O2 + 2H2O → 2Zn (OH) 2

У лудженому залізі більш активним металом є залізо. Залізо стає анодом і починає руйнуватися. Тобто достатньо маленької подряпини на поверхні лудженого заліза, щоб залізо почало кородувати, на відміну від оцинкованного заліза.

-A: Fe – 2e → Fe2+ 2

+K: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- 1

2Fe + O2 +2H2O → 2Fe (OH) 2

4Fe (OH) 2 + O2 + 2H2O → 4Fe (OH) 3

Можна зазначити, що покриття з цинку виявляє як механічний, так й електрохімічний захист від корозії, а покриття з олова – тільки механічний.

Для захисту від корозії використовуються різноманітні методи:

• використання корозійностійких сплавів – легування металів;
• зміна властивостей середовища (використання інгібіторів корозії) ;
• нанесення захисних покриттів (фарби, лаки, інші метали) ;
• створення штучних захисних плівок (анодування).

Найбільш надійним методом боротьби з корозією є виготовлення обладнання, машин та будівельних конструкцій з корозійностійких матеріалів.

Деякі метали є або стійкими до корозії (золото, платина), або на їхній поверхні утворюються стійкі плівки як в сухому, так і вологому повітрі (хром, нікель, титан, алюміній). Метали останньої групи в концентрованих розчинах окисників руйнуються значно менше, ніж у розведених розчинах. У такому випадку говорять про пасивацію металів. Зниження швидкості корозії відбувається в результаті утворення на поверхні металу плівок, які гальмують анодний процес. Такі метали пасивуються значно легше, ніж залізо, тому при їх введенні (легуванні) до залізо-карбонових сплавів утворюються сплави, стійкість яких до корозії є близькою до стійкості легуючого елемента. Загальна назва таких сплавів – нержавіючі сталі.

Метал або сплав, що знаходиться в пасивованому стані, може знов стати активним. Процес переходу металу з пасивного стану до активного називається активацією. Активацію можуть викликати відновники (Na2SO3, Na2S2O3), або деякі іони (Н+, Cl-, Br-, I-, SO42-).

З іншого боку, існують такі речовини, які гальмують процес корозії. Вони звуться інгібіторами корозії. Інгібітори адсорбуються на поверхні металу і гальмують протікання катодного або анодного процесів. До анодних інгібіторів відносяться хромати, нітрити, фосфати і силікати лужних металів. Наприклад, в системах опалення будинків до гарячої води додають силікат натрію. До найбільш поширених інгібіторів органічного походження відносять уротропін (сухий спирт). Його додають до розчину для зняття накипу з поверхні залізних сплавів (парових котлів, труб, чайників).

Досить ефективними методами захисту від корозії є протекторний захист.

Протекторний захист – це захист основного металу від корозії шляхом його контакту з більш активним металом. При цьому утворюється гальванопара, у якій протектор виступає в якості анода (руйнується), а основний метал – у якості катода. Основний метал почне кородувати тільки після того, як протектор повністю окисниться. За допомогою протекторів захищають корпуси морських судів, труби, що знаходяться під землею. В якості протекторів використовують сплави магнію, цинку або алюмінію. Метали більш активні, ніж магній інтенсивно реагують з киснем та вологою, тому їх використовувати в якості протекторів не можна.

Останнім часом найбільше застосовується електрохімічний захист.

Розрізняють два види електрохімічного захисту: катодний та анодний захист.

Катодний захист найбільш поширений вид електрохімічного захисту. Його використовують для боротьби з корозією сталі, міді, латуні та алюмінію в умовах слабко-агресивних середовищ. Катодну поляризацію металу здійснюють шляхом його приєднання до негативного полюсу джерела електричного струму (катоду).

Позитивний полюс джерела електричного струму приєднують до допоміжного електроду, який буде виступати в якості аноду.

Метали, які здатні добре пасивуватися, можна захищати за допомогою анодного захисту: метал, який треба захистити приєднують до позитивного полюсу джерела струму. У деякому інтервалі потенціалів метал пасивується і корозійний процес гальмується.

Захисні покриття

Найбільш поширеним засобом захисту металів від корозії є покриття поверхні металів лаками, фарбами, емалями. Більшість лаків та фарб мають у своєму складі леткий органічний розчинник, який робить процес виробництва фарб та фарбування пожежонебезпечним.

Існують і металеві покриття, які наносять на поверхню метала різними методами: електрохімічними осадженням, напилюванням, термомеханічним методом. За характером захисної дії металеві покриття ділять на катодні та анодні.

Катодне – це покриття металом, який має більш позитивний електродний потенціал, ніж потенціал того металу, який захищають від корозії. Наприклад, залізо, покрите оловом (луджене залізо) чи міддю.

Анодним називають покриття металом, який має більш негативний електродний потенціал у порівнянні з потенціалом металу, який захищають від корозії. Наприклад, покриття заліза цинком (оцинковане залізо).

Хід роботи

Дослід 1. Корозія заліза при контакті його з цинком і станумом.

У місце розщеплення стального пера або у скріпку для паперу вставте тоненьку пластинку металічного цинку, а в інше перо (або скріпку) – таку ж пластинку стануму. У дві пробірки налийте води і додайте по 2-3 краплини розведеної сульфатної кислоти і розчину червоної кров’яної солі калій гексаціаноферату (III) – речовини, яка є реактивом на іони феруму (III), утворюючи з ним сполуку синього кольору. Обидва пера (або скріпки) опустіть у приготовлені розчини. Якого забарвлення набуває рідина, в яку занурене перо зі станумом, через декілька хвилин? Які іони зявились у розчині? На що це вказує?

У другій пробірці забарвлення можна спостерігати тільки після розчинення всього цинку і стануму. Запишіть схеми корозії оцинкованого і лудженого феруму.

Контрольні питання

Напишіть рівняння можливих способів отримання заліза.

Приведіть приклади контактної корозії.

Що таке інгібітори. Де вони використовуються. Приведіть приклади.

Що таке катодний захист, приведіть приклад.

Що таке протектори. Приведіть приклади.

Класифікація типів корозії. Приведіть приклади.

Покажіть схему корозії Zn-Fe.

Покажіть схему корозії Fe-Sn.

Що таке деаерація, з якою метою вона проводиться.

Показати сумарний процес корозії заліза при контакті його з водою або вологим повітрям

 

 

Мета: закріпити знання по основним положенням теорії електролітичної дисоціації, удосконалювати навики хімічного експерименту.

Обладнання та реактиви: штатив з пробірками, універсальний лакмусовий папірець, розчини CuSO4, BaCl2, Al2 (SO4) 3, Na2S.

Теоретичні відомості

Гідроліз – взаємодія іонів солі з іонами води, що приводить до утворення слабкого електроліту.

Досвід показує, що розчини середніх солей мають лужну, кислу або нейтральну реакцію, хоча вони і не містять ні водневих, ні гідроксильних іонів.

Це явище пояснюється тим, що сіль можна представити як результат взаємодії кислоти та основи.

Солі – електроліти, при дисоціації яких утворюються катіони металів і аніони кислотних залишків.

Класифікація електролітів (таблиця 4. 1)

Існує 3 випадки гідролізу солей:

Сіль утворена сильною основою та слабкою кислотою (Na2CO3)

Na2CO3 + HOH= NaOH + Na HCO3

CO32- + H2O = HCO3- + OH-

pH > 7 реакція лужна

Сіль утворена слабкою основою та сильною кислотою (CuCl2)

CuCl2 + HOH= HCl + CuOHCl

Cu2+ + H2O = CuOH+ + H+

рН < 7 реакція кисла

Сіль утворена слабкою основою та слабкою кислотою (MgS)

MgS + 2HOH = Mg (OH) 2 + H2S

Mg2+ + S2- + H2O = Mg (OH) 2 + H2S

рН=7 реакція нейтральна

Солі утворені сильною основою та сильною кислотою не гідролізують: KCl, NaNO3, NaCl, Na2SO4, K2SO4.

 

 

Завдання 1.

У пробірку налити 2-3 мл розчину сульфату алюмінію Al2 (SO4) 3 і перевірити його розчином індикатору (лакмусовим папірцем). Визначити рН середовища, пояснити отриманий результат.

Завдання 2.

У пробірку налити 2-3 мл розчину сульфіду натрію Na2S і перевірити його розчином індикатору (лакмусовим папірцем). Визначити рН середовища, пояснити отриманий результат.

Завдання 3.

У дві пробірки налити по 2-3 мл розчинів хлориду барію BaCl2 та карбонату амонію (NH4) CO3 і перевірити їх розчином індикатору (лакмусовим папірцем). Визначити рН середовища, пояснити отриманий результат.

Отримані результати занести у таблицю:

Завдання 4.

Зробити висновок.

Контрольні питання.

Для солей, що гідролізують, складіть іонні рівняння.

Варіанти індивідуальних завдань (таблиця 4. 2) 

Питання до захисту лабораторної роботи.

Гідроліз солей.

Випадки гідролізу:

якщо сіль утворена сильною основою і слабкою кислотою;

якщо сіль утворена слабкою основою і сильною кислотою;

якщо сіль утворена слабкою основою і слабкою кислотою;

якщо сіль утворена сильною основою і сильною кислотою.

Ступінь гідролізу.