Хімічні властивості металів. Корозія

Хімічні та фізичні властивості металів визначаються атомною структурою і особливостями металевого зв’язку. Всі метали відрізняються здатністю легко віддавати валентні електрони. У зв’язку з цим вони виявляють яскраво виражені відновні властивості. Ступінь відновної активності металів відображає електрохімічний ряд напруг (див. Додаток III, п. 6).
Знаючи положення металу в цьому ряду, можна зробити висновок про порівняльну величиною енергії, що витрачається на відрив від атома валентних електронів. Чим ближче до початку ряду, тим легше окислюється метал. Найактивніші метали витісняють водень із води при звичайних умовах з утворенням лугу:
2Na + 2Н2О = 2NaOH + H2
Менш активні метали витісняють водень із води у вигляді перегрітої пари і утворюють оксиди
2Fe + 4Н2О = Fe3О4 + 4H2
реагують з розведеними і безкисневими кислотами, витісняючи з них водень:
Zn + 2НСl = ZnCl2 + H2
Метали, що стоять після водню, не можуть витісняти його з води і з кислот, а вступають з кислотами в окислювально-відновні реакції без витіснення водню:
Сu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + Н2O
Усі попередні метали витісняють наступні з їх солей:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Сu

Fe0 + Сu2 + = Fe2 + + Сu0
У всіх випадках вступають у реакції метали окислюються. Окислення металів спостерігається і при безпосередній взаємодії металів з неметалами:
2Na + S = Na2S
2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
Більшість металів активно реагують з киснем, утворюючи різного складу окисли (див. Стор. 38).

■ 5. Як можна охарактеризувати відновну активність металу, користуючись поруч напруг? (Див. Відповідь)

6. Наведіть приклади металів, що реагують з водою по типу натрію, заліза. Підтвердіть свою відповідь рівняннями реакцій.

7. Порівняйте взаємодію з водою активних металів і активних неметалів.
8. Перерахуйте хімічні властивості металів, підтверджуючи свою відповідь рівняннями реакцій.
9. З якими з перерахованих нижче речовин буде реагувати залізо: а) кисень, б) гашене вапно, в) карбонат міді, г) соляна кислота, д) сульфат цинку, е) нітрат срібла?
10. Який газ і в якому обсязі може бути отриманий при дії на 5 кг суміші міді та окису міді концентрованою азотною кислотою, якщо окису міді в суміші 20%? (Див. Відповідь)

Окислення металів часто призводить до їх руйнування. Руйнування металів під дією навколишнього середовища називається корозією.

– Запишіть в зошит визначення корозії.

Корозія металів відбувається під впливом кисню, вологи і вуглекислоти, а також окислів азоту та ін. Корозія, викликана безпосередньою взаємодією металу з речовиною навколишнього його середовища, називається хімічної, або газової, корозією. Наприклад, на хімічних виробництвах метал іноді контактує з киснем, хлором, оксидами азоту і т. Д., В результаті чого утворюються солі і оксиди металу:
2Сu + О2 = 2СuО
Крім газової, або хімічної, корозії, існує ще електрохімічна корозія, яка зустрічається набагато частіше. Для того щоб зрозуміти схему електрохімічної корозії, розглянемо гальванічну пару цинк – мідь.

Візьмемо цинкову і мідну пластинки (рис. 75) і опустимо їх у розчин сірчаної кислоти, яка, як нам відомо, міститься в розчині у вигляді іонів:
H2SO4 = 2Н + + SO24-
Поєднавши цинкову і мідну пластинки через гальванометр, ми виявимо наявність в ланцюзі електричного струму. Це пояснюється тим, що атоми цинку, віддаючи електрони, у вигляді іонів переходять в розчин:
Zn0 – 2е – → Zn + 2
Електрони через провідник переходять на мідь, а з міді – на іони водню:
Н + + е – → Н0

Водень у вигляді нейтральних атомів виділяється на мідній пластинці, а цинк поступово розчиняється. Таким чином, мідь, як би відтягуючи електрони з цинку, змушує останній швидше розчинятися, т. Е. Сприяє окисленню. У той же час зовсім чистий цинк може якийсь час перебувати в кислоті, абсолютно не піддаючись її дії.

За такою ж схемою відбувається корозія такого металу, як залізо, тільки електролітом на повітрі є вугільна кислота, а домішки до заліза відіграють роль другого електрода гальванічної пари. Ці пари мікроскопічні, тому руйнування металу йде набагато повільніше. Руйнуванню зазвичай піддається більш активний метал. Таким чином, електрохімічна корозія – це окислення металу, що супроводжується виникненням гальванічних пар. Корозія металів завдає великої шкоди народному господарству.

12. Дайте визначення корозії.
11. Чи можна вважати корозією те, що натрій на повітрі швидко окислюється, взаємодія цинку з соляною кислотою, взаємодія алюмінію з окисом заліза при термитной зварюванні, отримання водню при взаємодії заліза з перегрітою водяною парою.

13. Яка різниця між хімічної та електрохімічної корозією?
Для боротьби з корозією існує багато способів. Метали (зокрема, залізо) покривають олійною фарбою, що утворює на поверхні металу щільну плівку, що не пропускає кисень і пари води. Можна покривати метали, наприклад мідний дріт, лаком, який одночасно захищає метал від корозії і служить ізолятором.

Вороніння – це процес, при якому залізо піддають дії сильних окислювачів, в результаті чого метал покривати не проникною для газів плівкою оксидів, що оберігає його від впливу зовнішнього середовища. Найчастіше це буває магнітний окисел Fe304, яка глибоко впроваджується в шар металу і захищає його від окислення краще всякої фарби. Уральське дахове залізо, піддане воронінню, протрималося на покрівлі без іржавіння більше 100 років. Чим краще відполірований метал, тим щільніше і міцніше утворена на його поверхні плівка окислів.

Емалювання – дуже хороший вид захисту від корозії різної посуду. Емаль не піддається не тільки дії кисню і води, але навіть сильних кислот і лугів. На жаль, емаль вельми крихка і при ударі і швидкій зміні температур досить легко тріскається.
Дуже цікавими способами захисту металів від корозії є цинкування, а також нікелювання та лудіння.
Цинкування – це покриття металу шаром цинку (так захищають головним чином залізо). При такому покритті в разі порушення поверхневої плівки цинку корозії піддається спочатку цинк як більш активний метал, але цинк добре пручається корозії, так як його поверхня покриття не проникною для води і кисню захисною плівкою окису.
При нікелювання (покритті нікелем) і лудінні (покритті оловом) іржавіння заліза не відбувається до тих пір, поки не порушений шар покриваючої його металу. Як тільки він порушується, починається корозія заліза як найбільш активного металу. Але нікель – метал, порівняно мало піддається корозії, тому його плівка тримається на поверхні дуже довго. Лудять найчастіше мідні предмети, і тоді гальванічна пара мідь – олово завжди призводить до корозії олова, а не міді, яка менш активна як метал. При лудінні заліза отримують “білу жерсть” для консервної промисловості.

Для захист oт корозії можна впливати не тільки на метал, але і на середовище, яке його оточує. Якщо до соляної кислоти домісити деяку кількість хромату натрію, то реакція соляної кислоти з залізом настільки сповільниться, що практично кислоту можна перевозити в залізних цистернах, тоді, як зазвичай це неможливо. Речовини, що уповільнюють корозію, а іноді й практично повністю зупиняють її, називаються інгібіторами – сповільнювачами (від латинського слова inhibere – гальмувати).

Характер дії інгібіторів різний. Вони або створюють на поверхні металів захисну плівку, або зменшують агресивність середовища. До першого типу відносяться, наприклад, нітрит натрію NaNО2, уповільнюючий корозію сталі у воді і розчинах солей, хромати, що уповільнюють корозію алюмінію в сірчаної кислоти, до другого – органічна сполука CO (NH2) 2 – сечовина, яка дуже уповільнює розчинення в азотній кислоті міді та інших металів. Інгібіторної властивостями володіють тваринні білки, вуглеводи, деякі висушені рослини – чистотіл, жовтець і т. Д.
Іноді, щоб підсилити стійкість металу до корозії, а також надати йому деякі більш цінні властивості, з нього виготовляють сплави з іншими металами.

■ 14. Запишіть у зошит перераховані способи захисту металу від корозії.
15. Чим визначається вибір способу захисту металу від корозії?
16. Що таке інгібітор? Чим інгібітор відрізняється від каталізатора? (Див. Відповідь)


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 4.00 out of 5)

Хімічні властивості металів. Корозія