§ 12. Корозія металів

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Яке явище називають корозією?

Корозія — це самочинне руйнування металів через хімічну або електрохімічну взаємодію з довкіллям.

Які хімічні перетворення зумовлюють корозію металів?

Корозію спричиняють окисно-відновні реакції між металами та окисниками: киснем $O_2$, водою $H_2O$, вуглекислим газом $CO_2$, оксидами Сульфуру і Нітрогену, а також розчинами електролітів (солей, кислот).

На чому ґрунтується захист металів від корозії?

Захист полягає в ізоляції поверхні металу від агресивного середовища, зниженні його агресивності за допомогою інгібіторів або застосуванні електрохімічних методів (наприклад, протекторний захист).

ЗАВДАННЯ

Назвіть кілька виробів із металів, які є у вас вдома і мають сліди корозії.

Іржа трапляється на лезах ножів із вуглецевої сталі, металевих деталях вуличних меблів, інструментах чи велосипедних ланцюгах після зберігання у вогкості.

Складіть хімічне рівняння корозії заліза.

Утворення іржі описує рівняння:
$$4Fe + 3O_2 + 2H_2O = 4FeO(OH)$$

Складіть хімічне рівняння корозії міді.

Утворення патини на міді у вологому повітрі з вуглекислим газом:
$$2Cu + O_2 + H_2O + CO_2 = (CuOH)_2CO_3$$

Складіть хімічне рівняння корозії срібла.

Срібло темніє через реакцію із сірководнем $H_2S$ та киснем:
$$4Ag + 2H_2S + O_2 = 2Ag_2S + 2H_2O$$

За матеріалами з інтернету з’ясуйте, для чого використовують титан у медицині.

Титан застосовують для ендопротезів, імплантатів, пластин остеосинтезу та хірургічних інструментів. Він легкий, міцний, біоінертний (не відторгається організмом) і стійкий до корозії у біологічних рідинах.

У яких випадках такий спосіб боротьби з корозією не дає позитивного результату?

Ізоляційні покриття втрачають ефективність при пошкодженні. Через подряпини чи мікротріщини проникають волога й кисень, викликаючи приховану та інтенсивну підплівкову корозію.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про корозію металів і захист від неї.

Корозія — природне руйнування металів під впливом довкілля через окисно-відновні реакції. Найбільшої шкоди завдає іржавіння заліза. Способи захисту:

1. Захисні покриття (фарби, емалі, інші метали).
2. Корозійностійкі сплави (легування).
3. Введення інгібіторів у середовище.
4. Електрохімічний захист (протектори).

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: Чому активний алюміній не кородує в повітрі, але руйнується від краплі ртуті?
Відповідь: Алюміній захищає міцна оксидна плівка $Al_2O_3$. Ртуть утворює з ним амальгаму, руйнуючи плівку, після чого метал стрімко реагує з киснем та вологою.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

120. Фізичним чи хімічним явищем є корозія металу?

Корозія — хімічне або електрохімічне явище. Атоми металу окиснюються до йонів, утворюючи нові речовини (оксиди, гідроксиди, солі).

121. Який найуживаніший метал кородує найбільшою мірою, а які метали не зазнають корозії?

Найбільше кородує залізо та його сплави (сталь, чавун). Не піддаються корозії благородні метали (золото $Au$, платина $Pt$) і метали з міцною оксидною плівкою (титан $Ti$, тантал $Ta$).

122. Назвіть способи захисту металів від корозії, які ґрунтуються на використанні хімічних реакцій.

• Оксидування: створення міцної оксидної плівки хімічним шляхом.
• Фосфатування: утворення захисної плівки з нерозчинних фосфатів.
• Протекторний захист: приєднання активнішого металу, який руйнується замість основного.
• Інгібітори: речовини, що хімічно взаємодіють із металом або середовищем для сповільнення руйнування.

АНАЛІЗУЙМО

123. Чим можна пояснити те, що залізо майже не трапляється в природі?

Залізо — хімічно активний метал. За геологічну історію Землі воно прореагувало з киснем, водою та іншими елементами, утворивши оксиди, сульфіди та карбонати. У чистому вигляді зустрічається лише в метеоритах.

ПОМІРКУЙТЕ

124. Придивіться до металічної решітки газової плити, на яку ставлять каструлі, сковорідки, або до дверцят пічки. Опишіть, що відбувається з металом і його поверхнею.

Через високі температури відбувається газова корозія. Метал реагує з киснем, утворюючи окалину (суміш оксидів $FeO$, $Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$). Метал поступово стоншується, розшаровується і стає крихким.

125. Чому у великих містах, промислових центрах корозія металевих конструкцій є інтенсивнішою, ніж у приміській місцевості?

Повітря промислових міст перенасичене оксидами Сульфуру ($SO_2$, $SO_3$) і Нітрогену ($NO_2$). Сполучаючись із вологою, вони утворюють кислотні дощі — сильні електроліти, що стрімко пришвидшують електрохімічну корозію металів.

126. Майстер приєднав сантехнічне обладнання до залізної труби мідними гайками. Він пояснив, що мідь досить стійка до корозії. Чи варто було так робити? Дайте аргументовану відповідь.

Рішення помилкове. Контакт заліза і міді у воді створює гальванічну пару. Залізо, як активніший метал (стоїть лівіше від міді), стає анодом і руйнується набагато швидше. Це призведе до протікання з’єднання.

СТВОРЮЙМО

127. Основа неіржавної сталі — залізо. Ця сталь містить інші метали, стійкіші до корозії. За матеріалами з інтернету з’ясуйте склад одного із видів неіржавної сталі. У зошиті чи на комп’ютері побудуйте діаграму кількісного складу цієї сталі.

Склад харчової неіржавної сталі 12Х18Н10 (аналог AISI 304):

• Залізо ($Fe$): $\approx 69\%$
• Хром ($Cr$): $18\%$ (відповідає за стійкість до корозії)
• Нікель ($Ni$): $10\%$
• Вуглець ($C$) та домішки: $\le 3\%$

Примітка: Діаграму можна зобразити у вигляді кругової або стовпчастої діаграми, де сектори відповідають наведеним відсоткам.

ШАНС ДЛЯ ТВОРЧОСТІ

128. Зобразіть схему «Способи захисту металів від корозії».

СХЕМА: ЗАХИСТ МЕТАЛІВ ВІД КОРОЗІЇ

1. Ізоляція від середовища:
   • Неметалічні покриття (фарби, лаки, емалі, полімери).
   • Металічні покриття (цинкування, лудіння, хромування, нікелювання).
2. Зміна властивостей металу:
   • Легування (введення добавок $Cr$, $Ni$ для створення неіржавних сталей).
3. Зміна властивостей середовища:
   • Інгібітори корозії (добавки-уповільнювачі).
   • Видалення кисню з води (деаерація).
4. Електрохімічний захист:
   • Протекторний (приєднання активнішого металу, як $Mg$ чи $Zn$).
   • Катодний (підключення до джерела струму).

У КОМАНДІ

129. Використавши відомості з інтернету, підготуйте повідомлення на тему «Як очистити виріб зі срібла (обручку, ланцюжок, ложку) від продукту корозії».

• Дно ємності вистелити алюмінієвою фольгою.
• Покласти срібний виріб так, щоб він торкався фольги.
• Залити гарячим розчином води, соди та солі.
• Залишити на 3–5 хвилин.
• Промити виріб водою та витерти насухо.

Алюміній активніший за срібло, тому він окиснюється, відновлюючи сульфід срібла до чистого металу.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

130. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Корозія — Corrosion
• Іржа — Rust
• Інгібітор — Inhibitor
• Сплав — Alloy
• Покриття — Coating
• Оксидна плівка — Oxide film
• Протекторний захист — Sacrificial protection
• Гальванічна пара — Galvanic pair
• Неіржавна сталь — Stainless steel

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

131. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.