Где живет ржавчина?

Сценарий проекта:
 Автор(ы) проекта с указанием возрастной группы: Ковалев Всеволод, 9 лет
(3 класс);
 Руководитель(и) проекта: Ярошевская Инна Харисовна, Ковалева Марина
Николаевна;
 Полное название ОУ(ДО): Центр экологического воспитания детей;
 Название темы: «Где живет ржавчина?»
 Цель: Выяснить, что такое ржавчина и при каких условиях она
образуется;
 Задачи:
1. Собрать и изучить информацию о появлении ржавчины на
металлических предметах;
2. Экспериментально создать различные условия для
ржавчины;
3. Сделать выводы.
появления
Описание хода реализации проекта:
Исследования мы проводили с
декабря 2013г. по февраль 2014г. в квартире.
Для того, чтобы «вырастить» ржавчину на гвоздях, мы поместили в
химический стакан № 1 обычный металлический гвоздь и добавили 50 мл
воды. В стакан №2 положили влажный ватный диск, а на него – гвоздь. В
стакан №3 налили солевой раствор (100 мл воды и 1 чайная ложка
поваренной соли), поместили гвоздь. В химическом стакане № 4 оставили
сухой гвоздь. В стакан № 5 налили раствор уксусной кислоты (100 мл воды и
1 чайная ложка уксусной кислоты), положили туда гвоздь.
В ходе эксперимента наблюдали за тем, что будет происходить в опытных
образцах. Записывали результаты в блокнот, фотографировали изменения,
происходящие в химических стаканах.
Длительность эксперимента - 3 месяца. Опыт повторяли 3 раза.
Данные записывали в блокнот, фотографировали.
Описание полученных результатов:
В результате проведенного
исследования мы получили следующие данные: эксперимент начат 1
декабря 2013 года. Через неделю, 8 декабря, мы заметили, что во влажной
среде (стаканы № 1 и 2 ) и в солёной воде (стакан № 3) началась
образовываться ржавчина. В обычной воде ржавчины не видно, но вода стала
мутная. В стаканах, где находится сухой гвоздь, и гвоздь в воде с уксусом,
видимых изменений не наблюдается.
Через две недели, 15 декабря, стало заметно, что во влажной среде
ржавчины заметно больше. Гвоздь, находящийся в соленой воде, больше
покрывается ржавчиной. В стаканах, где находится сухой гвоздь, и гвоздь в
кислой среде (раствор уксуса), изменений нет.
Через три недели, 22 декабря, во влажной среде, обычной воде активно
(стаканы № 1, 2 и 3) образуется ржавчина, гвозди покрыты рыжим налетом,
особенно это заметно в стакане с солевым раствором. В воде с уксусом
рыжего осадка нет, но гвоздь стал чернеть. В стакане, где находится сухой
гвоздь, видимых изменений нет.
Через месяц, 30 декабря, в стаканах с водой и в солевом растворе ржавчины
много, как в воде, в виде осадка, так и на гвоздях. В стакане с соленой водой
гвоздь сильно покрыт ржавчиной. В воде с уксусом осадка нет, но вода
изменила цвет, стала темной. Поверхность гвоздя стала чёрной, но не
ржавой. В стакане, где находится сухой гвоздь, изменений никаких нет.
Эксперимент, проведенный в январе и феврале, показали такие же
результаты. Через месяц ржавчина образовалась в стаканах № 1 и 2 во
влажной среде. В стакане № 3 в солевом растворе ржавчина образуется
активнее, гвозди покрыты рыжим налетом. Это происходит потому, что
соленая вода – агрессивная среда для металлов.
В кислой среде, в стакане с уксусной кислотой, ржавчина не образуется,
гвозди чернеют. Это происходит потому, что на металле образуется пленка
соединения с кислотой – патина темного цвета, это не ржавчина.
В сухом стакане на гвоздях никаких изменений. Ржавчина на
металлических предметах без воздействия влаги не образуется.
 Использованные информационные источники:
1. Большая энциклопедия «Почемучек».- М.: «РОСМЭН», 2006 г.
2. Большая книга знаний: Детская энциклопедия.- М.: «Махаон», 2007г.
3. Ольгин О. «Опыты без взрывов». Изд. второе, переработанное. – М.:
Химия,
1986г.
4. Ожегов С.И., Н.Ю. Шведова «Толковый словарь русского языка», 2000г.
5. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия / Авт.-сост. Л.А.Савина. –
М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998г.
6. http://ru.wikipedia.org.
7. http://potomy.ru/world/439.html
8. http// : alhimik.ru
9. http:// dik.academik.ru
Центр экологического воспитания детей
Где живёт ржавчина?
Проект
Ковалёва Всеволода
Руководители:
учитель Ковалёва М.Н.
п.д.о. Ярошевская И.Х.
г. Стрежевой, 2014г.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………3
1. Литературный обзор………………………………………………………...4
1.1.Чтотакое ржавчина……………………………………………………….4
1.2.Методы предотвращения ржавчины…………………………………….5
1.3. Существуют ли средства протии ржавчины?.........................................6
2. Материал и методика исследования……………………………………….8
3. Результаты исследования…………………………………………………...9
Выводы…………………………………………………………………………11
Список литературы……………………………………………………………12
Приложение
3.
Введение
Мне интересно всё то, что неизвестно. Люблю наблюдать за различными
явлениями и стараюсь найти ответы, почему они происходят.
Мои помощники всегда рядом - это родители и старший брат. Папа меня
многому учит, он говорит, что даже забить гвоздь - целая наука.
Решив это проверить, принесли гвозди и инструменты. Но оказалось, что
гвозди неподходящие, потому что они были не блестящие, а в рыжих пятнах.
Папа сказал, что ржавыми гвоздями забор не починишь.
Что же такое ржавчина и где она живёт?
Из словаря русского языка Ожегова С.И. мы узнали, что ржавчина - краснобурый налет на железе, ведущий к разрушению металла.
Гипотезой моего исследования является предположение о том, что
ржавчина живет во влажных условиях.
Возможно, что удастся самим ее «вырастить».
Цель: Выяснить, что такое ржавчина и при каких условиях она образуется;
Задачи:
4. Собрать и изучить информацию о появлении ржавчины на
металлических предметах;
5. Экспериментально создать различные условия для
ржавчины;
6. Сделать выводы.
появления
4.
1. Литературный обзор.
1.1.Что такое ржавчина?
Ржавчина является общим термином для определения оксидов железа. В
разговорной речи этот термин применяется к красным окислам,
образующимся в результате реакции железа с кислородом в присутствии
воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например,
продукт, образующийся в результате реакции железа с хлором при
отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, в арматуре,
используемой в подводных бетонных столбах, и называют его зелёной
ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы визуально или с помощью
спектроскопии, они формируются при разных внешних условиях. Ржавчина
состоит из гидратированного оксида железа и метагидроксида железа. При
наличии кислорода и воды и достаточном времени любая масса железа в
конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается.
Поверхность ржавчины не создаёт защиту для нижележащего железа, в
отличие от образования патины на медной поверхности [ru.Wikipedia].
Ржавчиной как правило называют продукт коррозии только железа и его
сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются
коррозии, но именно оксиды обычно не называют ржавчиной.
Ржавчина вызывает деградацию инструментов и конструкций,
изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет
гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстрому
разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему
участках — явление, называемое «поеданием ржавчиной». Это явление стало
причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в
1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели
изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных
плит и сдвинул её с опор.
Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, чугун),
находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем
и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль,
например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в
результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно
устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других
металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на
железе защищает основную массу железа от дальнейшего окисления.
Превращение же
пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом
комбинированного действия двух агентов, как правило, кислорода и воды.
Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый
газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды
гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают
5.
основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается
от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и
процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет
уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода
или диоксид серы.
Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому
внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины,
следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины.
1.2. Методы предотвращения ржавчины
Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод
гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый
объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом
гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно
дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту
на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более
агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее является
кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через
которые наносилось покрытие. В более современные покрытия добавляют
алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии
мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более
длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и
цинка, защищающих царапины на поверхности. В некоторых случаях при
очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации
применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные
покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.
Катодная защита является методом, используемым для предотвращения
коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи
электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если
её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью.
Основные методы предотвращения появления ржавчины:
 Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь
покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего
цинкования или метод цинкового дутья.
 Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова.
 Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим
способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий,
полированный внешний вид. Часто используется в блестящих
компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.
6.
1.3. Существуют ли средства против ржавчины?
Секреты удаления ржавчины. Ржавчину проще всего снять обработкой
разбавленным водным раствором соляной или серной кислоты, содержащим
ингибитор кислотной коррозии уротропин. Ингибиторы - вещества,
тормозящие химическую реакцию (в данном случае реакцию растворения
металла в кислоте). Но ингибитор коррозии не мешает взаимодействию
кислоты с оксидом и гидроксидом железа, из которых состоит ржавчина.
Если заржавели оконные шпингалеты, мелкие детали велосипеда, болты
или гайки, их погружают в 5%-й раствор кислоты с добавкой 0,5 г
уротропина на литр, а на крупные вещи такой раствор наносят кистью.
Использовать растворы сильных кислот без ингибитора рискованно: можно
растворить не только ржавчину, но и само изделие, поскольку железо активный металл и взаимодействует с сильными кислотами с выделением
водорода и образованием солей. В качестве ингибитора кислотной коррозии
при удалении ржавчины можно использовать и картофельную ботву. Для
этого в стеклянную банку кладут свежие или засушенные листья картофеля и
заливают 5-7%-й серной или соляной кислотой так, чтобы уровень кислоты
был выше примятой ботвы. После 15-20-минутного перемешивания
содержимого банки кислоту можно сливать и использовать для обработки
ржавых железных изделий.
"Преобразователь ржавчины" превращает ее в прочное покрытие
поверхности коричневого цвета. На изделие кистью или пульверизатором
наносят 15-30%-й водный раствор ортофосфорной кислоты и дают изделию
высохнуть на воздухе. Еще лучше использовать ортофосфорную кислоту с
добавками, например, 4 мл
бутилового спирта или 15 г винной кислоты на 1 л раствора ортофосфорной
кислоты. Ортофосфорная кислота переводит компоненты ржавчины в
ортофосфат железа, который создает на поверхности защитную пленку.
Одновременно винная кислота связывает часть производных железа в
тартратные комплексы.
Предметы, сильно изъеденные ржавчиной, обрабатывают:
а) смесью 50 г молочной кислоты и 100 мл вазелинового масла. Очищенную
поверхность протирают тряпочкой, смоченной вазелиновым маслом;
б) раствором 5 г хлорида цинка и 0,5 г гидротартрата калия в 100 мл воды.
в)отворачивать приржавевшие гайки помогает смачивание керосином,
скипидаром или олеиновой кислотой. Через некоторое время гайку удается
отвернуть. Затем можно поджечь керосин или скипидар, которым ее
смачивали.
Обычно этого достаточно для разъединения гайки и болта.
Самый последний способ: к гайке прикладывают сильно нагретый паяльник.
Металл гайки расширяется, и ржавчина отстает от резьбы; теперь в зазор
между болтом и гайкой можно впустить несколько капель керосина,
скипидара или олеиновой кислоты, и на этот раз гайка отвернется ключом;
7.
г)чтобы предохранить от ржавления столярный или слесарный инструмент,
его смазывают с помощью кисточки раствором 10 г воска в 20 мл бензина.
Воск растворяют в бензине на водяной бане, не используя открытого огня
(бензин огнеопасен);
Полированный инструмент защищают, нанося на его поверхность раствор
5 г парафина в 15 мл керосина. А старинный рецепт мази для защиты металла
от ржавчины таков: растапливают 100 г свиного жира, добавляют 1,5 г
камфары, снимают с расплава пену и смешивают его с графитом, растертым
в порошок, чтобы состав стал черным. Остывшей мазью смазывают
инструмент и оставляют его на сутки, а потом полируют металл шерстяной
тряпочкой.
Чтобы в будущем не мучиться, отворачивая крепежные изделия с
проржавевшей резьбой, ее заранее смазывают смесью вазелина с графитовым
порошком. Вместо вазелина можно взять и любую другую жировую смазку
нейтрального или слабощелочного типа. Болты и гайки на такой смазке легко
отворачиваются даже через несколько лет пребывания под открытым небом.
8.
2. Материал и методика исследования.
Объект исследования: универсальные гвозди;
Материалы: химические стаканы– 5шт, вода, соль, уксусная кислота, ватный
диск, дневник наблюдений, фотоаппарат;
Время проведения исследования: декабрь 2013г. – февраль 2014 г.
Место проведения: город Стрежевой, 4 микрорайон, квартира дома 419;
Методика исследования:
Исследования мы проводили с декабря 2013г. по февраль 2014г. в
квартире.
Для того, чтобы «вырастить» ржавчину на гвоздях, мы поместили в
химический стакан № 1 обычный металлический гвоздь и добавили 50 мл
воды. В стакан №2 положили влажный ватный диск, а на него – гвоздь. В
стакан №3 налили солевой раствор (100 мл воды и 1 чайная ложка
поваренной соли), поместили гвоздь. В химическом стакане № 4 оставили
сухой гвоздь. В стакан № 5 налили раствор уксусной кислоты (100 мл воды и
1 чайная ложка уксусной кислоты), положили туда гвоздь.
В ходе эксперимента наблюдали за тем, что будет происходить в опытных
образцах. Записывали результаты в блокнот, фотографировали изменения,
происходящие в химических стаканах.
Длительность эксперимента - 3 месяца. Опыт повторяли 3 раза.
Данные записывали в блокнот, фотографировали.
9.
3. Результаты исследования
В результате проведенного исследования мы получили следующие
данные: эксперимент начат 1 декабря 2013 года. Через неделю, 8 декабря,
мы заметили, что во влажной среде (стаканы № 1 и 2 ) и в солёной воде
(стакан № 3) началась образовываться ржавчина. В обычной воде ржавчины
не видно, но вода стала мутная. В стаканах, где находится сухой гвоздь, и
гвоздь в воде с уксусом, видимых изменений не наблюдается.
Через две недели, 15 декабря, стало заметно, что во влажной среде
ржавчины заметно больше (приложение, фото 2). Гвоздь, находящийся в
соленой воде, больше покрывается ржавчиной. В стаканах, где находится
сухой гвоздь, и гвоздь в кислой среде (раствор уксуса), изменений нет.
Через три недели, 22 декабря, во влажной среде, обычной воде активно
(стаканы № 1, 2 и 3) образуется ржавчина, гвозди покрыты рыжим налетом,
особенно это заметно в стакане с солевым раствором. В воде с уксусом
рыжего осадка нет, но гвоздь стал чернеть. В стакане, где находится сухой
гвоздь, видимых изменений нет (таблица №1, приложение).
Через месяц, 30 декабря, в стаканах с водой и в солевом растворе ржавчины
много, как в воде, в виде осадка, так и на гвоздях. В стакане с соленой водой
гвоздь сильно покрыт ржавчиной. В воде с уксусом осадка нет, но вода
изменила цвет, стала темной. Поверхность гвоздя стала чёрной, но не
ржавой. В стакане, где находится сухой гвоздь, изменений никаких нет (фото
3, приложение 4).
Эксперимент, проведенный в январе и феврале, показали такие же
результаты. Через месяц ржавчина образовалась в стаканах № 1 и 2 во
влажной среде. В стакане № 3 в солевом растворе ржавчина образуется
активнее, гвозди покрыты рыжим налетом. Это происходит потому, что
соленая вода – агрессивная среда для металлов (диаграмма № 1).
В кислой среде, в стакане с уксусной кислотой, ржавчина не образуется,
гвозди чернеют. Это происходит потому, что на металле образуется пленка
соединения с кислотой – патина темного цвета, это не ржавчина.
В сухом стакане на гвоздях никаких изменений. Ржавчина на
металлических предметах без воздействия влаги не образуется.
10.
влажный
диск
вода
соленая вода
Диаграмма 1. Рост ржавчины во влажной и соленой среде
Как мы видим из диаграммы, ржавчина активно «растет» на гвоздях в
соленой среде. В воде ржавчина также образуется быстро, но уступает
солевому раствору. На влажном диске ржавчина медленно, но образуется.
Гвозди подвергаются разрушению.
11.
Выводы
Ржавчиной называют продукт коррозии только железа и его сплавов,
таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются коррозии, но
именно оксиды обычно не называют ржавчиной.
Ржавчина вызывает деградацию инструментов и конструкций,
изготовленных из материалов на основе железа. Если оставить какой-то
железный предмет в сыром и влажном месте на несколько дней, он покроется
ржавчиной, как если бы его покрасили красноватой, рыжей краской. Это
ржавчина. Почему она образуется на железных и стальных предметах?
Ржавчина — это окись железа.
Она образуется в результате «сгорания»
железа при соединении с кислородом, растворенным в воде. Это значит, что
при отсутствии в воздухе влаги, ржавчина не образуется.
Это мы доказали на основе своего эксперимента. Во влажной среде (в
стаканах с водой) образуется ржавчина. Особенно активно она образуется в
соленой воде. Потому что соленая вода – очень агрессивная среда для
металлов.
В сухой среде – стакан № 4 – гвоздь остался без изменений. Ржавчина на
металлах в сухой среде не образуется.
В кислой среде (стакан № 5) на гвоздях появляется патина – это соединение
металла (железа) и кислоты. Патина появляется как темная пленка на
металлических предметах.
Экспериментально были созданы условия для появления ржавчины.
Проделанная мною работа показала, что

ржавчина живет на железных предметах;

появляется благодаря воздействию на железо кислорода и воды;

ржавчина образуется быстрее в солёной воде;

в сухих условиях ржавчина не появится.
Проблема предупреждения ржавчины очень важна, так как изделия из
железа должны долго храниться.
Для защиты металлов от ржавчины существуют различные методы и
средства. Металл покрывают специальными защитными эмульсиями,
очищают ингибиторами. В домашних условиях гвозди, и металлические
инструменты нужно держать в сухом помещении.
12.
Список литературы
1. Большая энциклопедия «Почемучек».- М.: «РОСМЭН», 2006 г.
2. Большая книга знаний: Детская энциклопедия.- М.: «Махаон», 2007г.
3. Ольгин О. «Опыты без взрывов». Изд. второе, переработанное. – М.:
Химия,
1986г.
4. Ожегов С.И., Н.Ю. Шведова «Толковый словарь русского языка», 2000г.
5. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия / Авт.-сост. Л.А.Савина. –
М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998г.
6. http://ru.wikipedia.org.
7. http://potomy.ru/world/439.html
8. http// : alhimik.ru
9. http:// dik.academik.ru
Приложение 1
Таблица № 1. Наблюдения за процессом образования ржавчины
Дата
наблюдени
я
Через 7
дней
Через 14
дней
Через 21
день
Через 30
дней
Стакан
№1
Стакан
№2
Вода
помутнела
Рыжие пятна
на диске,
появилась
ржавчина на
гвозде
Рыжие пятна
на диске
увеличились,
гвоздь
покрывается
ржавчиной
Гвоздь
ржавеет
Появился
рыжий
осадок,
гвоздь
покрывается
ржавчиной
Рыжий
осадок
увеличиваетс
я, гвоздь
ржавеет
Рыжий
Гвоздь активно
осадок
ржавеет
увеличиваетс
я, гвоздь
ржавеет
Стакан
№3
Стакан
№4
Появился
Без
рыжий осадок, изменений
гвоздь
покрывается
ржавчиной
Рыжий осадок
Без
увеличивается, изменений
гвоздь
ржавеет
Стакан
№5
Без
изменений
Без
изменений
Рыжий осадок
Без
Гвоздь начал
увеличивается, изменений
чернеть
гвоздь активно
ржавеет
Рыжий осадок
Без
Поверхность
увеличивается, изменений гвоздя стала
гвоздь активно
чёрной, но не
ржавеет
ржавой
Приложение 2
Фото 1. Подготовка к опыту
Приложение 3
Фото 2. Через 2 недели эксперимента
Приложение 4
Фото 3. Месяц спустя