МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» Факультет «Институт строительства и архитектуры им. В.А. Шумилова» Кафедра «Химия и химическая технология» Лабораторная работа №8 «Коррозия металлов» Выполнил: студент группы Б20-500-3 А.В.Альтергот Проверил: к. т. н., доцент ХиХТ Н.В.Семакина Ижевск, 2020 «Коррозия металлов и методы защиты» Цель работы: 1. Отличить химическую коррозию от электрохимической. 2. Определить механизмом образования микрогальванических элементов при коррозии. 3. Провести процессы, протекающих на поверхности металлов при их коррозии. 4. Познакомиться с методами защиты металлов от коррозии. Теоретическая часть. 1. Коррозия - процесс разрушения металлов при химическом или электрохимическом воздействии окружающей среды. Это самопроизвольный процесс, связанный с переходом системы металл - среда в более термодинамически устойчивое состояние, поэтому его протекание можно контролировать по изменению поверхностной энергии Гиббса. 2. Коррозию классифицируют по разным признакам: типу, условиям протекания, виду коррозионных разрушений. По типу происходящих процессов различают Химическую и Электрохимическую коррозию. По условиям протекания процесса, которые весьма разнообразны, различают Газовую, Атмосферную, Жидкостную, Почвенную, Биологическую коррозию. Наибольший вред приносит атмосферная коррозия. Она протекает под влиянием кислорода воздуха и влаги с растворенными в ней химическими веществами. По виду коррозионных разрушений коррозию подразделяют на Равномерную и Неравномерную язвенную, Точечную (питтинговую), щелевую, Подповерхностную, Межкристаллитную. Первые два вида разрушений относятся к общей, или сплошной, коррозии, остальные - к местной. 3. Химическая коррозия — это разрушение металла из-за окисления его окислителями, находящимися в коррозионной среде. Основные способы защиты: 1) электрохимический метод — позволяет уменьшить разрушительный процесс на основе закона гальваники; 2) уменьшение агрессивной реакции производственной среды; 3) химическое сопротивление металла; 4) защита поверхности металла от неблагоприятного воздействия окружающей среды. 4. Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных электролитов, который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока. Основные способы защиты: 1) Применение заклепок из более активных металлов 2) Прикрепление пластилин из более активных металлов 3) Нейтрализация тока, возникающего при коррозии Экспериментальная часть. Опыт 1. Коррозия натрия в воздухе. Разрезаем кусочек натрия, срез блестящий, тускнеющий в результате окисления кислородом воздуха. Na0 + O20 → Na2+1O2-1 в-ль о-ль 2 Na0 – 1e → Na+1 1 O20 + 2e → 2O-1 2Na0 + O20 → Na2+1O2-1 Вывод: наблюдали химическую (газовую) коррозию натрия кислородом воздуха. Опыт 2. Коррозия оцинкованного и луженого железа. Выполнение опыта: Внесли в пробирку 4-5 капель раствора сульфата железаи добавили 1-2 капли раствора гексоциано (+3)феррата калия K3[Fe(CN)6]. Появление синего окрашивания раствора вследствие образования турнбулевой сини K3[Fe(CN)6] свидетельствует о присутствии в растворе ионов Fe. Проводим качественную реакцию на ионы Fe2+ 3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] → Fe3[Fe(CN)6]2 ↓ + 3K2SO4 3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- → Fe3[Fe(CN)6]2 ↓ Налили в две пробирки на ½ их объема дистиллированной воды H2O и добавили в каждую по 4-5 капель раствора серной кислоты H2SO4 и гексоциано (+3) феррата калия K3[Fe(CN)6]. В одну пробирку опустили кусочек оцинкованного железа Fe/Sn, а в другую кусочек луженого железа Fe/Zn . Через несколько минут наблюдали появление синего окрашивания раствора, в который погружено железо. Наблюдали качественную реакцию в системе Fe/Sn. 𝑝 1. 1. 𝜑𝐹𝑒/𝐹𝑒 2+ = −0, 32 В 𝑝 𝜑𝑆𝑛/𝑆𝑛2+ = −0, 25 В 2. Определяем анодный и катодный участки: A – Fe; K – Sn 3. Механизм коррозионных процессов: +А: Fe0 - 2e →Fe2+ - окисление Fe2+ + nH2O→[Fe(H2O)n]2+ -K: 1) 2H+ + 2e → H20↑ (водородная деполяризация) – восстановление 2) O2 + 2H+ + 4e → 2H2O (кислородная деполяризация) 4. Рассчитаем потенциалы катодных процессов: 𝑝 К 𝜑2𝐻 +/𝐻 = 0,186 − 0,059 ∙ 𝑝𝐻 + 𝑛𝐻 = 0,186 − 0,059·2 + 𝑛𝐻𝑆𝑛=0,82 = −0,752В 2 2 2 𝑝 𝜑𝑂2 /𝐻2 𝑂 = 1,21 − 0,059 ∙ 𝑝𝐻 + 𝑛𝑂𝑘2 = 1,21 − 0,059 ∙ 2 + 𝑛𝑂𝑆𝑛=1,21 = −0,118 B 2 5. Определяем возможность коррозии: рассчитаем 𝜀: р р 𝜀1 = 𝜑2𝐻 +/𝐻2 − 𝜑 𝐹𝑒 = −0,752 − (−0,32) = −0,432 𝐵 < 0 под действием ионов H+ 𝐹𝑒2+ железо не корродирует р 𝜀2 = 𝜑О2 /𝐻2О − 𝜑 р 𝐹𝑒 𝐹𝑒2+ = −0,118 − (−0,32) = 0,202 𝐵 > 0 железо корродирует с кислородной деполяризацией 𝑝 2 1. 𝜑𝐹𝑒/𝐹𝑒 2+ = −0, 32 В 𝑝 𝜑𝑍𝑛/𝑍𝑛2+ = −0, 84 В 2. Определяем анодный и катодный участки: A – Zn; K – Fe 3. Механизм коррозионных процессов: +А: Zn0 - 2e →Zn2+ - окисление Zn2+ + nH2O→[Zn(H2O)n]2+ -K: 1) 2H+ + 2e → H20↑– восстановление 2) O2 + 2H+ + 4e → 2H2O 4. Рассчитаем потенциалы катодных процессов: 𝑝 𝐹𝑒=0,34 К 𝜑2𝐻 +/𝐻 = 0,186 − 0,059 ∙ 𝑝𝐻 + 𝑛𝐻 = 0,186 − 0,059·2 + 𝑛𝐻 = −0,272 В 2 2 2 𝑝 𝜑𝑂2 /𝐻2 𝑂 = 1,21 − 0,059 ∙ 𝑝𝐻 + 𝑛𝑂𝑘2 = 1,21 − 0,059 ∙ 2 + 𝑛𝑂𝐹𝑒=1,07 = 0,022 B 2 5. Определяем возможность коррозии: рассчитаем 𝜀: р р 𝜀1 = 𝜑2𝐻 +/𝐻2 − 𝜑 𝑍𝑛 = −0,272 − (−0,84) = 0,568 𝐵 В>0 цинк корродирует с 𝑍𝑛2+ ионами водорода р р 𝜀2 = 𝜑О2 /𝐻2О − 𝜑 𝑍𝑛 = 0,022 − (−0,84) = 0,862 𝐵 𝑍𝑛2+ В > 0 цинк корродирует с кислородной деполяризацией Опыт 3. «Действие ингибиторов на коррозию цинка» В 2 пробирки внесли по 5-7 капель 2H раствора соляной кислоты и по кусочку цинка, по возможности равного размера. Когда выделение водорода стало достаточно интенсивным прибавили в одну из пробирок микрошпатель порошка уротропина. Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑ Zn0 + 2H⁺ + 2Cl⁻ = Zn²⁺ + 2Cl⁻ + H₂↑ (ионное полное уравнение) Zn0 + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑ (ионное сокращенное уравнение) При добавлении уротропина выделение водорода прекратилось. Вывод: уротропин – это индибитор (замедлитель) коррозий цинка в HCl Общий вывод: Я смогла отличить химическую коррозию от электрохимической.Разобралась с механизмом образования микрогальванических элементов при коррозии, а также в процессах, протекающих на поверхности металлов при их коррозии. Ознакомиться с методами защиты металлов от коррозии.