- •Часть 2
- •Правила по технике безопасности
- •Лабораторная работа «окислительно-восстановительные реакции»
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Электроотрицательность элементов и образование химической связи
- •1.2. Основные положения теории окисления-восстановления
- •1.3. Правила определения степени окисления
- •1.4. Важнейшие восстановители и окислители
- •1.5. Изменение окислительно-восстановительных свойств простых веществ по периодам и группам
- •1.6. Типы окислительно-восстановительных реакций
- •1.7. Нахождение коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций
- •1.8. Направление и полнота протекания окислительно-восстановительных реакций
- •2. Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа «гальванический элемент»
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Электрохимический ряд напряжений
- •1.2. Стандартные электродные потенциалы
- •1.3. Устройство и принцип работы гальванического элемента
- •1.4. Уравнение электродного потенциала (уравнение Нернста)
- •1.5. Поляризационные явления в гальванических элементах
- •2. Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа «электролиз»
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Сущность электролиза
- •1.2. Электролиз расплава
- •1.3. Электролиз водных растворов
- •1.4. Законы Фарадея (законы электролиза)
- •1.5. Примеры решения задач
- •2. Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа «коррозия металлов»
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Общие положения
- •1.2. Основные типы коррозии металлов
- •1.3. Классификация коррозионных процессов
- •1.3.1. Химическая коррозия
- •1.3.2. Электрохимическая коррозия
- •2. Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа «защита от коррозии»
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Электрохимические методы
- •1.2. Методы, связанные с изменением свойств корродирущего металла
- •1.2.1. Методы изоляции металла от окружающей среды
- •1.2.2. Легирование металлов и сплавов
- •1.3. Методы, связанные с изменением свойств коррозионной среды
- •1.4. Комбинированные методы защиты
- •2. Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа «коллоидные растворы»
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Коллоидные растворы как дисперсные системы
- •1.2. Получение коллоидных систем
- •1.2.1. Методы диспергирования
- •1.2.2. Методы конденсации
- •1.3. Строение мицелл золей
- •1.4. Явление коагуляции
- •1.5. Примеры решения задач
- •2. Экспериментальная часть
- •Контрольное задание
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа «жесткость воды. Методы умягчения и определения жесткости»
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Жёсткость воды
- •1.1.1. Компоненты и виды жёсткости
- •1.1.2. Действие жёсткости
- •1.1.3. Единицы измерения жёсткости
- •1.2. Умягчение воды методами осаждения
- •1.2.1. Термический метод
- •1.2.2. Реагентные методы
- •1.3. Метод ионного обмена
- •1.3.1. Иониты и процессы ионного обмена
- •1.3.2. Обессоливание воды методом ионного обмена
- •1.3.3. Умягчение воды методом ионного обмена
- •1.4. Определение жёсткости воды
- •1.4.1. Титриметрический метод анализа
- •1.4.2. Определение карбонатной жёсткости воды
- •1.4.3. Определение общей жёсткости воды
- •2. Экспериментальная часть
- •Контрольное задание
- •Контрольные вопросы
- •Список рекомендуемой литературы Основная
- •Дополнительная
- •Часть 2
- •400074, Волгоград, ул. Академическая, 1
- •В двух частях
- •Часть 2 Волгоград 2010
Лабораторная работа «коррозия металлов»
Цель работы: изучение процессов химической и окислительно-восстановительной коррозии металлов
1. Теоретическая часть
1.1. Общие положения
Коррозия металлов (от лат. corrosio — разъедание) — самопроизвольный процесс разрушения металлов в результате физико-химического взаимодействия с окружающей средой.
Коррозия металлов — нежелательный процесс, в результате которого происходит потеря значительного количества металла. Еще больший вред приносит выход из строя металлических конструкций, сложной аппаратуры и приборов. Существенными бывают и косвенные потери, к которым можно отнести утечки нефти и газа из подвергающихся коррозии трубопроводов, простой оборудования и т. д. Изучение причин, вызывающих коррозию, и установление влияния различных факторов на скорость коррозии имеют своей практической целью защиту металлов и сплавов от коррозионного разрушения при их обработке и эксплуатации.
1.2. Основные типы коррозии металлов
|
Рис. 3. Равномерная коррозия |
При равномерной коррозии способность металла противостоять агрессивному воздействию среды можно оценить путем определения скорости коррозии, измеряемой потерей металла (т.е. количеством металла, превратившегося в химическое соединение — продукт коррозии) на единице поверхности в единицу времени.
Неравномерная коррозия (рис. 4) может быть в виде изолированных пятен или глубоких поражений, называемых язвами, если они поражают лишь малую часть поверхности. Если процесс коррозии распространяется вглубь металла, то коррозию называют питтинговой (от английского слова pit — углубление).
|
Рис. 4. Неравномерная коррозия: пятнами (а); язвами (б); питтинговая (в); межкристаллитная (г); внутрикристаллитная (д); подповерхностная (е) |
Очень опасным типом неравномерной коррозии является межкристаллитная коррозия, которая характеризуется разрушением металла по границам кристаллитов, определяющих структуру металла. Величина потерь при этом типе коррозии может быть незначительной, механическая же прочность металла сильно снижается. Межкристаллитной коррозии подвержены некоторые стали, латунь, бронза, другие медные сплавы.
1.3. Классификация коррозионных процессов
По условиям прохождения и характеру агрессивной среды различают химическую и электрохимическую коррозию.
1.3.1. Химическая коррозия
Химическая коррозия — разрушение металла за счет его окисления веществами, содержащимися в окружающей среде, без возникновения в системе электрического тока в соответствии с уравнением в общем виде:
Ме – nē → Меn+.
По условиям протекания коррозионного процесса (характеру агрессивной среды) различают:
а) газовую коррозию — в газах и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах. Примером газовой коррозии может служить окисление металла кислородом воздуха при высоких температурах
nМе + О2 = МеnOm ,
или в среде различных агрессивных газов. Например, в среде иода на поверхности меди происходит окислительно-восстановительная реакция:
2Cu + I2 = Cu2I2
2 │Cu – 1ē → Сu+ окисление
1 │I2 + 2ē → 2I– восстановление.
б) коррозию в неэлектролитах — агрессивных органических жидкостях, таких, как сернистая нефть и др.
Кинетика химической коррозии. Скорость химической коррозии, в первую очередь, зависит от свойств образующихся продуктов коррозии. В процессе окисления на поверхности металла образуется твердая пленка оксидов. Для дальнейшего продолжения коррозии необходимо, чтобы ионы металла или кислород (или оба одновременно) диффундировали через эту пленку. Обычно с поверхности раздела металл—оксид в направлении от металла к внешней поверхности пленки происходит диффузия ионов металла, а не атомов, так как ионы металлов по размерам меньше атомов. Одновременно в этом же направлении должны перемещаться электроны. Ионы О2– имеют больший радиус, чем атомы, поэтому с поверхности раздела оксид—газ в глубь пленки двигаются не ионы, а атомы кислорода, которые в пленке ионизируются:
О + 2ē = О2–
и, встречаясь с ионами металла, образуют оксиды.
Для щелочных и щелочноземельных металлов наблюдается линейный закон роста толщины пленок во времени:
y = kt,
где y — толщина пленки, k — постоянная, зависящая от природы металла, t — время окисления.
При повышении температуры реакция окисления таких металлов начинает резко ускоряться вследствие плохого отвода теплоты.
Для металлов Fе, Со, Ni, Мn, Тi по мере утолщения пленки дальнейший рост её будет все время замедляться. Рост пленки для этих металлов характеризуется параболической зависимостью и описывается выражением:
y2 = 2DCO2t,
где D — коэффициент диффузии; CO2 — концентрация кислорода.
Для металлов Zn, Аl, Cr установлена логарифмическая зависимость роста пленки во времени:
y = k ln t,
где k — постоянная, зависящая от природы металла. Пленки на таких металлах обладают высокими защитными свойствами.
Помимо кислорода сильными окислителями являются фтор, диоксид серы, хлор, сероводород. Их агрессивность по отношению к различным металлам неодинакова. Так например, алюминий и его сплавы, хром и стали с высоким содержанием хрома устойчивы в атмосфере кислорода, но становятся неустойчивыми в атмосфере хлора. Никель неустойчив в атмосфере диоксида серы, а медь вполне устойчива. Различная скорость коррозии металлов в разных средах обусловлена прежде всего свойствами образующихся на поверхности металлов оксидных пленок. При изменении состава внешней среды изменяется состав защитной пленки, ее физико-химические свойства и защитные качества.