Понятие о коррозии металлов

Научиться объяснять причины коррозии, различать её виды и понимать принципы защиты металлов.

Коррозия наносит огромный экономический ущерб: ежегодно из-за неё теряется до 10% производимого металла. Понимание процессов коррозии помогает продлевать срок службы техники, труб, мостов и автомобилей, экономя ресурсы и деньги.

• Коррозия — самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс, при котором металл окисляется (теряет электроны) и переходит в соединение.
• Химическая коррозия происходит при взаимодействии металла с газами или жидкостями-неэлектролитами (например, с кислородом, сероводородом, хлором) без возникновения электрического тока.
• Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с электролитом (раствором соли, кислоты, влагой) и сопровождается переносом электронов от одного участка металла к другому.
• В электрохимической коррозии более активный металл (анод) окисляется, а менее активный (катод) восстанавливает окислитель (например, кислород или ионы водорода).
• Скорость коррозии зависит от активности металла, наличия примесей, температуры, концентрации электролита и доступа кислорода.
• Защита от коррозии основана на изоляции металла от среды, изменении состава сплава или создании электрохимической защиты.
• Легирование — введение в сплав других металлов (хрома, никеля) повышает коррозионную стойкость, например, нержавеющая сталь содержит хром.

Коррозия

Самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды.

Химическая коррозия

Разрушение металла при взаимодействии с газами или жидкостями, не проводящими электрический ток, без возникновения электрического тока.

Электрохимическая коррозия

Разрушение металла в среде электролита, сопровождающееся возникновением электрического тока между разными участками металла.

Анод

Более активный металл в гальванической паре, который окисляется (отдаёт электроны) и разрушается.

Катод

Менее активный металл или примесь, на котором восстанавливается окислитель (например, кислород или ионы водорода).

Легирование

Добавление к металлу других элементов для улучшения его свойств, в том числе для повышения устойчивости к коррозии.

Ингибиторы

Вещества, замедляющие коррозию, например, добавляемые в растворы или покрытия.

• Железо ржавеет только в присутствии кислорода и воды: 4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃ (гидратированный оксид железа — ржавчина).
• Алюминий, хром и цинк покрываются плотной оксидной плёнкой, которая защищает их от дальнейшей коррозии.
• В электрохимической коррозии анод — более активный металл (например, железо в паре с медью), катод — менее активный (медь).
• Скорость коррозии увеличивается при повышении температуры и концентрации электролита.
• Методы защиты: покрытия (краска, лак, масло), легирование (нержавеющая сталь), протекторная защита (цинк на железе), ингибиторы.

1. Пример 1случай

   Ржавление железного гвоздя во влажном воздухе

   Пояснение

   • классический пример электрохимической коррозии
2. Пример 2случай

   Почему консервные банки изнутри покрывают оловом

   Пояснение

   • олово защищает железо от контакта с пищей
3. Пример 3случай
   • Алюминиевая фольга не разрушается в воде, потому что на её поверхности образуется прочная оксидная плёнка Al₂O₃
4. Пример 4случай
   • Медные трубы в системах отопления служат дольше стальных, потому что медь менее активна и не ржавеет
5. Пример 5случай
   • Автомобильные кузова обрабатывают антикоррозийными составами, чтобы защитить сталь от влаги и солей на дорогах

• Статуя Свободы в Нью-Йорке покрыта медью, но со временем она окисляется, образуя зелёный налёт — патину, которая защищает медь от дальнейшего разрушения.
• Знаменитый Пизанский башня имеет железные стержни, которые корродируют, но это не мешает ей стоять уже 800 лет.
• В древности железные изделия корродировали быстрее, чем сейчас, потому что не было легированных сталей.

• При работе с кислотами и щелочами, которые ускоряют коррозию, необходимо использовать защитные очки и перчатки.
• Нельзя смешивать разные металлы (например, медь и алюминий) в конструкциях, чтобы избежать усиления коррозии.
• При проведении опытов с коррозией следует соблюдать правила работы с химическими веществами и утилизировать растворы в специальные ёмкости.

• Окислительно-восстановительные реакции (тема 9 класса)
• Электролитическая диссоциация и растворы электролитов
• Свойства металлов и их соединений (тема 9 класса)