Všeobecné informácie o korózii kovov. Korózia kovov

Kov je príkladom sily. Nie nadarmo, keď chcú zdôrazniť túto vlastnosť, hovoria: "pevný ako oceľ." Pojem „kov“, „kov“, „oceľ“ je spojený s myšlienkou niečoho nemenného, ​​pevného a odolného.

Ak sa však pozriete do Historického múzea, kde nás zoznámia s pozostatkami zbraní našich predkov, nájdených pri vykopávkach starovekých hrobov, uvidíme, že kedysi lesklé a odolné meče, sekery, oceľové reťaze a iné kovové výrobky stratili lesk a silu. Sú nielen pokryté hrubou vrstvou hrdze, ale takmer úplne zničené. Takémuto ničeniu sú vystavené kovové predmety, nielen ponechané v zemi, ale aj umiestnené vo vlhkej miestnosti.

V dôsledku toho sa ukázalo, že kovy nie sú ani zďaleka také silné, ako hovorí populárna povesť. Vplyvom vonkajšieho prostredia, vodných roztokov kyselín, solí a elektrického prúdu dochádza k ich oxidácii, v dôsledku čoho dochádza k ich zničeniu.

Tento druh deštrukcie kovov sa nazýva korózia. V preklade z latinčiny „corrodere“ znamená korodovať.

Prečo sa ničia?

Ako viete, všetky kovy, s výnimkou zlata, platiny, striebra, sa v prírode vyskytujú vo forme zlúčenín s kyslíkom, sírou a tiež vo forme solí kyseliny sírovej, chlorovodíkovej a iných kyselín, t.j. v oxidovanom stave . Na ich získanie v čistej forme je potrebné vynaložiť chemickú alebo elektrickú energiu. Takže napríklad na získanie železa z jeho rúd sa stavajú obrovské vysoké pece, v ktorých sa taví. Z prírodného, ​​prírodného (oxidovaného) stavu prechádzajú do stavu kovového. Tento stav je nestabilný. Kov sa takpovediac snaží vrátiť k zlúčenine, v ktorej pôvodne existoval v prírode.

Korózia kovov je proces prechodu kovu do toho prirodzeného, ​​prirodzeného stavu, v ktorom sa s ním stretávame v zemskej kôre.

Prečo však kovy za určitých podmienok tak rýchlo neprechádzajú do prirodzeného stavu, na oxidy alebo soli kyselín? Jednou z pozoruhodných pamiatok starého Dillí v Indii je Qutub Minar, postavený v roku 1200. Na nádvorí minaretu stojí známy železný stĺp v Dillí už viac ako tisíc rokov. Tento stĺp je známy tým, že neprešiel deštruktívnym účinkom korózie. Existuje veľa legiend o stĺpe Dillí, ktoré sa týkajú jeho výnimočnej odolnosti proti korózii.

Čo vysvetľuje výnimočnú koróznu odolnosť kovu, z ktorého je tento stĺp vyrobený? Existujú rôzne verzie jeho odolnosti proti korózii, ale s najväčšou pravdepodobnosťou možno vysokú odolnosť kolóny proti korózii vysvetliť podmienkami, v ktorých sa nachádza. Faktom je, že klíma v Dillí, najmä tam, kde sa stĺp nachádza, je veľmi suchá: relatívna vlhkosť počas roka nepresahuje 50 - 60% a zvyčajná je v rozmedzí 30 - 40%.

Anglický vedec Vernon zistil, že pri relatívnej vlhkosti do 30% sa korózia kovov prakticky nepozoruje, zatiaľ čo pri zvýšení vlhkosti na 60-70% sa pozoruje pomalý nárast korózie. Pri vlhkosti nad 70 % korózia prudko narastá a pri vlhkosti nad 90 % mierne klesá.

Takže výstup je:

Odolnosť kovov proti korózii do značnej miery závisí od podmienok, v ktorých sa nachádzajú.

A) Výsledky experimentu.

Aby som odpovedal na mnohé otázky súvisiace s rýchlosťou korózie kovu v závislosti od prostredia, stanovil som si experiment a sedem dní som pozoroval priebeh procesu oxidácie kovu. Nabralo sa 7 pohárov vody, len v prvom pohári bola voda prevarená. Vo zvyšných 6 prípadoch je voda surová, to znamená, že obsahuje určité množstvo kyslíka rozpusteného vo vode.

1 Popis podmienok experimentu

Železný klinec je úplne ponorený do prevarenej vody.

Železný klinec je ponorený do neprevarenej vody, je viditeľný z vody

Železný klinec je úplne ponorený do neprevarenej vody.

Železný klinec je ponorený do neprevarenej vody, je viditeľný z vody, do vody sa pridáva kuchynská soľ (NaCl).

Železný klinec je ponorený do neprevarenej vody, je viditeľný z vody, do vody sa pridáva jedlá sóda (NaHCO3).

Železný klinec je ponorený do vody, je viditeľný z vody, do vody, na klinec je priskrutkovaný hliníkový drôt

Železný klinec je ponorený do vody, je viditeľný z vody, na klinec je priskrutkovaný medený drôt

Výsledky pozorovania:

1. pohár: Prevarená voda úplne zakryje železný klinec. Treba poznamenať, že v tomto skle bol klinec pokrytý nádychom hrdze, ale hrúbka vrstvy v porovnaní s inými sklami je minimálna. To znamená, že vo prevarenej vode je rýchlosť korózie najmenšia v dôsledku absencie kyslíka rozpusteného vo vode.

V 2. a 3. pohári - surová voda. V druhom pohári je necht viditeľný z vody a v treťom je celý ponorený vo vode. V druhom pohári, kde je klinec viditeľný z vody, dosiahla korózia železa väčší rozsah ako v pohári, kde je klinec celý pokrytý vodou. To znamená, že na rozhraní vzduch-voda je kov viac vystavený korózii, pretože voda a kov prichádzajú do styku so vzdušným kyslíkom a proces oxidácie železa je výraznejší.

Voda obsahujúca rozpustený kyslík (pokusy č. 2 a 3) je teda oveľa korozívnejšia ako voda, ktorá ho neobsahuje (pokus č. 1).

V 4. pohári sa do vody pridal chlorid sodný NaCl. Klinec v tomto skle je pokrytý silnou vrstvou hrdze, korózia je výrazná. Dôvod spočíva v životnom prostredí – do vody sa pridáva elektrolyt – kuchynská soľ, ktorá prispieva ku korózii kovu. Morská voda obsahuje aj veľké množstvo kuchynskej soli a iných solí, ktoré sú tiež výbornými elektrolytmi, čo prispieva k rýchlejšej korózii lodných trupov.

V 5. pohári bolo do vody pridané malé množstvo sódy bikarbóny, ktorú má každý doma - NaHCO3 (hydrogenuhličitan sodný). Roztok sódy bikarbóny má mierne zásadité prostredie. Korózia však prebieha rýchlejšie v kyslom a neutrálnom prostredí, v ktorom sú vo vode rozpustené ióny kyslíka a vodíka (H+). V alkalickom prostredí prevláda koncentrácia hydroxidových iónov (OH-) nad koncentráciou vodíkových iónov, to znamená, že dochádza k eliminácii vodíkových iónov, čo neumožňuje kolaps kovu. Alkalické prostredie zabraňuje vzniku oxidačných reakcií kovov. A podľa výsledkov experimentu bolo jasné, že po siedmich dňoch zostal klinec v tomto pohári nezmenený.

Čo sa stalo v 6. a 7. pohári? Viac o tom trochu neskôr.

Človek by mal nielen vedieť, prečo sa kov ničí, ale aj ako ho pred zničením zachrániť, pretože je ťažké si predstaviť náš život bez kovu, ktorý hrá v živote ľudskej spoločnosti prvoradú úlohu. Vyrábajú sa z neho tisíce rôznych predmetov: obrábacie stroje, autá, traktory, zložité zariadenia, lietadlá, prúdové motory. Naše mestá a dediny sú spojené kovovými vedeniami drôtov.

Rieky ropy pretekajú z jednej oblasti do druhej kovovými rúrami uloženými pod zemou. Potrubie dodáva vodu z centrálnej vodárne mesta do tovární, závodov a našich bytov. Ale kov hrá veľkú rolu nielen v priemysle, obklopuje nás v každodennom živote. Všade kov, bez neho si nemožno predstaviť moderný život.

Jednou z najdôležitejších úloh súčasnosti je nielen zvýšiť produkciu kovu, ale aj chrániť ho pred zničením. Aby ste si predstavili, aký dôležitý je boj proti korózii kovov, zvážte, aké škody prináša. Výpočty zo začiatku 20. rokov 20. storočia ukázali, že v období rokov 1860 až 1920, teda za 60 rokov, sa na celom svete vytavilo 1860 miliónov ton liatiny a 660 miliónov zomrelo v dôsledku poškodenie koróziou.t, čo je asi 33 % z celkového množstva roztaveného kovu.

Teraz sa verí, že asi 10 % všetkej ročne vyrobenej ocele sa používa na pokrytie nenávratných strát kovov spôsobených koróziou. Naša krajina stráca ročne 5-6 miliónov ton kovu. Inými slovami, ročná produkcia veľkého hutníckeho závodu sa doslova mení na prach.

Aby sme pochopili, ako najlepšie chrániť kov pred koróziou, zoznámime sa s niektorými vlastnosťami kovov.

B) Všeobecné vlastnosti kovov.

V súčasnosti je známych 110 chemických prvkov, z toho takmer 90 kovov. Tie sú v prírode veľmi bežné a nachádzajú sa vo forme rôznych zlúčenín v útrobách zeme, vo vodách riek, jazier, morí, oceánov, v zložení tiel zvierat, rastlín a dokonca aj v atmosfére. Dá sa povedať, že zlúčeniny kovov sa nachádzajú všade: v horninách, vo vode.

Vo svojich vlastnostiach sa kovy výrazne líšia od nekovov.

Základom klasifikácie chemických prvkov je periodický zákon, ktorý zaviedol veľký ruský vedec D. I. Mendelejev. Chemické a fyzikálne vlastnosti každého prvku možno charakterizovať poznaním miesta, ktoré tento prvok zaujíma v periodickom systéme; je možné vopred povedať, aké chemické a následne korozívne vlastnosti má tento alebo ten prvok.

Ruský vedec Nikolaj Nikolajevič Beketov usporiadal všetky kovy podľa ich aktivity v elektrochemickom rade aktivity kovov:

V tomto rade je každý kov naľavo aktívnejší ako ten napravo. Aktívnejšie kovy ľahšie vstupujú do chemických reakcií, a preto sa ľahšie oxidujú. Vidíme teda, že hliník je aktívnejší kov ako železo a meď je menej aktívny kov v porovnaní s rovnakým železom. Preto pri kontakte dvoch kovov rôznej aktivity okamžite vytvoria galvanický pár alebo galvanický článok. V tomto prípade sa kov, ktorý je aktívnejší, začne energicky rozkladať (aktívnejšie sa vzdáva svojich elektrónov), preto aktívnejšie koroduje a kov, ktorý je menej aktívny, zostáva nezmenený. Tento moment objavenia sa galvanického páru som skúmal v posledných dvoch prípadoch mojej skúsenosti. Do pohára pod číslom 6 bol umiestnený klinec, ktorý bol v kontakte s hliníkovým drôtom. Porovnaním umiestnenia dvoch kovov v sérii aktivít vidíme, že hliník je aktívnejší ako železo, a preto je potrebné tento kov zničiť vo vode. Moje pozorovania plne potvrdili túto hypotézu: za 7 dní bol hliníkový drôt pokrytý voľným bielym povlakom hydroxidu hlinitého (Al (OH) 3) a železný klinec sa vôbec nezmenil. Do pohára č.7 som umiestnil galvanický pár pozostávajúci zo železného klinca a medeného drôtu. Z výsledku experimentu je vidieť, že železo ako aktívnejší kov bolo pokryté hrubou vrstvou hrdze, pričom medený drôt zostal nezmenený.

Zaujímavý je jeden historický fakt. Začiatkom 20. storočia bola na objednávku amerického milionára postavená luxusná jachta Call of the Sea. Jeho dno bolo opláštené monelovým kovom (je to zliatina medi a niklu), rám kormidla, kýl a ostatné časti boli vyrobené z ocele. Pri spustení jachty sa objavil obrovský galvanický článok pozostávajúci z katódy - monelového kovu, oceľovej anódy a roztoku elektrolytu - morskej vody. Následky boli hrozné! Už pred vstupom na otvorené more bola jachta úplne mimo prevádzky a Call of the Sea zostalo v histórii navigácie ako príklad dizajnérskej krátkozrakosti a trúfalej ignorancie.

C) Druhy korózie.

Tento typ korózie, ktorý vzniká v dôsledku kontaktu dvoch rôznych kovov, sa nazýva elektrochemická korózia.

Sú známe aj iné typy korózie kovov. Napríklad elektrická korózia kovu pod vplyvom bludných prúdov. Čo sú to za prúdy a odkiaľ pochádzajú?

Tento typ korózie je typický na miestach, kde sú položené koľajnice pre elektrické vlaky. Elektrický prúd sa do pôdy dostáva z liniek metra, elektrických vlakov, zváračiek v dôsledku nedostatočnej izolácie. Najväčšej korózii podliehajú podzemné potrubia, káblové siete a iné podzemné kovové konštrukcie. Aby ste pochopili účinok bludného prúdu, zvážte najjednoduchší obvod:

Nadzemný drôt prúd zo stanice

Rail El. prúd do stanice

Trúbka 1 2 3

Prúd tečie z elektrárne do pracovného trolejového vedenia, z ktorého je napájaný elektrický vlak, a elektrický prúd sa po koľajniciach posúva späť do stanice. Ale veľmi často sú koľajnice v kontakte so zemou a časť prúdu sa rozvetvuje a ide k zemi. Ak je kovová rúrka umiestnená v blízkosti koľajníc s prúdom, časť elektrického prúdu preteká potrubím. Takto je možné rozdeliť zóny prúdu cez potrubie umiestnené v pôde na tri časti:

1. Oblasť vstupu bludného prúdu z pôdy do potrubia. Táto zóna nie je pre potrubie nebezpečná.

2. Zóna toku bludného prúdu potrubím. Táto zóna tiež nespôsobuje zmeny v potrubí.

3. Úsek výstupu bludného prúdu z kovového potrubia do pôdy a ďalej na koľajnice. Tu dochádza ku korózii potrubia. Prejavuje sa vo forme hlbokých vredov alebo až prasklín. Deštrukcia koróziou závisí od veľkosti bludného prúdu.

Na boj proti bludným prúdom bolo teraz vyvinutých množstvo opatrení. Po prvé, ide o dôkladnú izoláciu systémov pod prúdom. Bitúmenový náter sa používa na ochranu potrubí uložených v zemi.

Ďalším zaujímavým typom korózie kovu je biokorózia. Ide o nový druh korózie. Je známe, že korózia prebieha za účasti mikroorganizmov. Uvoľňujú produkty, ktoré môžu spôsobiť koróziu. Biokorózia ešte nie je dostatočne preskúmaná. Je však zaujímavé si všimnúť špeciálny typ baktérií - takzvané železné, ktoré absorbujú železo vo forme iónov, pre ktoré vylučujú produkty, ktoré ničia kov, premieňajú ho na zlúčeniny železa, to znamená na oxidovaný štát.

Morská voda zaujíma osobitné miesto pri koróznej deštrukcii kovov. A korózia, ktorá sa vyskytuje v morskej vode, sa nazýva morská korózia. V morskej vode je veľmi významný obsah rôznych solí. Okrem toho vždy obsahuje plyny v rozpustenom stave: dusík, kyslík, oxid uhličitý, oxidy dusíka a iné.

V morskej vode korodujú nielen podvodné časti lodí, ale aj periodicky zavlažované povrchové a palubné nadstavby, ako aj kovové konštrukcie a konštrukcie inštalované v mori. Morská korózia prináša národnému hospodárstvu obrovské straty.

D) Ochrana kovov pred koróziou.

Otázka, ako chrániť kovy pred zničením, je rovnako stará ako ich aplikácia. Dá sa povedať, že spolu s používaním kovu vznikla aj potreba jeho ochrany. Vedecké metódy ochrany kovov pred koróziou však vznikli oveľa neskôr.

Vývoj metód ochrany úzko súvisí so štúdiom príčin korózie kovov. Prvé vedecké základy pre štúdium korózie kovov položil skvelý ruský vedec M. V. Lomonosov.

Spolu s vývojom metód ochrany kovov pred koróziou sa v súčasnosti získavajú nové látky, ktoré dokážu v niektorých výrobkoch úspešne nahradiť kovy. V dôsledku toho boj proti korózii kovov ide nielen cestou ochrany samotných kovov, ale aj ich nahradením materiálmi odolnými voči korózii.

Všetky aplikované metódy ochrany kovov možno rozdeliť do dvoch skupín.

Metódy ochrany:

Kovový povlak: Metódy elektrochemickej ochrany:

1. Kovové povlaky, galvanické pokovovanie. 1. Ochrana behúňa.

2. Nekovové nátery: náter farbami, emailmi, lakmi, mazivami, oxidácia.

Do prvej skupiny patria rôzne druhy náterov. Podstata tejto metódy spočíva v tom, že na kovovom povrchu sa vytvorí jeden alebo druhý film, ktorý chráni kovový povrch pred kontaktom s vonkajším prostredím. Povlaky sa zase delia na kovové a nekovové.

Do druhej skupiny patria metódy elektrochemickej ochrany.

Takže prvá skupina ochrany. Úlohou povlaku ako prostriedku ochrany proti korózii je najmä izolácia kovu od vonkajšieho prostredia.

Chróm, nikel, striebro a zlato sa používajú ako kovové povlaky na obaly produktov. Pochrómované, poniklované, postriebrené a pozlátené výrobky majú krásny vzhľad a zároveň sú odolné voči korózii. Táto metóda sa nazýva galvanické pokovovanie. Často sa hovorí, že kovové výrobky "pracujú" v tekutých médiách, ako je voda, roztoky kyselín, zásad a solí. Tu sú už potrebné komplexnejšie metódy ochrany. Z kovových povlakov na výrobky "pracujúce" vo vode alebo vo vlhkej atmosfére sa široko používajú zinkové alebo cínové povlaky: pozinkované vedrá, pocínovaný riad.

Z nekovových povlakov sa často používa smaltovaný povlak, lak odolný voči kyselinám, rôzne ropné živice a guma. Mnohé z týchto nekovových povlakov sú veľmi odolné, ako napríklad guma alebo fenolformaldehydové živice, ktoré chránia kov aj v prostrediach, ako sú roztoky kyseliny chlorovodíkovej akejkoľvek koncentrácie.

Často sa na povrch kovu, ktorý je trvanlivou látkou, umelo nanáša oxidový film iného kovu. Tvorba takýchto filmov sa nazýva oxidácia. Oxidácia ako prostriedok ochrany nástrojov, obrábacích strojov, ako aj hlavných častí strelných zbraní sa rozšírila. Oxidácia zohráva nielen ochrannú úlohu, ale dodáva produktom aj krásnu čiernu alebo modrú farbu. Preto sa oxidácii veľmi často hovorí modranie, pretože farba produktu v tomto prípade pripomína farbu havranieho krídla.

Vidíme teda, že výber povlaku závisí od podmienok, za ktorých bude vyrobený kovový výrobok.

Z korózneho poškodenia kovu sa najčastejšie stretávame s hrdzavením železa. Najväčší význam v národnom hospodárstve má boj proti hrdzaveniu železa a železných výrobkov.

Vzhľadom na proces hrdzavenia kovov som si všimol, že ak je železo v kontakte s inými kovmi, potom tieto môžu výrazne zmeniť rýchlosť hrdzavenia. V niektorých prípadoch - kontakt železa s meďou (kontakt s menej aktívnym kovom) - sa zvyšuje rýchlosť hrdzavenia a v iných, keď je železo v kontakte s hliníkom, zinok (kontakt železa s aktívnejším kovom), naopak. , hrdzavenie sa spomalí alebo úplne zastaví. Spôsob ochrany kovu vytvorením galvanického páru sa nazýva ochrana behúňa.

Zinok je jedným z najpoužívanejších kovov pri ochrane behúňa. Okrem zinku sa na tieto účely používajú zliatiny horčíka a hliníka. Výber chrániča závisí od charakteru štruktúry kovu, z ktorého je samotná konštrukcia vyrobená, ako aj od podmienok, v ktorých sa tento kov nachádza.

Ochranná ochrana sa zvyčajne používa pre veľké stavby: zariadenia na skladovanie ropy, tankery, továrenské armatúry, podzemné elektrické káble, vodné potrubia a trupy námorných plavidiel.

3. Záver.

Vo svojej práci som si nedal za cieľ preskúmať všetky existujúce druhy korózie, je ich oveľa viac, ako som načrtol. Ale aj tie typy korózie, ktoré sú tu uvedené, už hovoria o význame tohto problému a spôsoboch jeho riešenia. Pri štúdiu chémie v budúcnosti ma ešte čaká detailnejšie oboznámenie sa s fenoménom deštrukcie kovov pod vplyvom rôznych faktorov. Myslím si však, že už tých pár informácií, ktoré sa tu zhromažďujú, bude zaujímať tých, ktorí čítajú túto prácu, a pomôžu im ďalej chrániť svoje vlastné auto, strechu domu a vybavenie domácnosti pred koróziou. A to nestačí. Takže je tu výsledok práce.

Zaujímavé fakty o hrdze zhrnuté v tomto článku.

Zaujímavé fakty o korózii kovov

Takmer všetky zliatiny a kovy sa pomaly ničia vplyvom niektorých environmentálnych faktorov. Pri interakcii kovu s atmosférickými zrážkami a vzdušnými látkami sa na jeho povrchu objaví film, ktorý pozostáva z uhličitanov, oxidov, sulfidov a podobných zlúčenín. Majú opačné vlastnosti ako kov. V bežnom živote tento proces nazývame „hrdzavá“ a „hrdzavenie“, keď na kovových výrobkoch vidíme hnedočervenú farbu. Vedecký pojem hrdzavenie je korózia železa.

Korózia je spontánny proces deštrukcie kovov a ich zliatin pod vplyvom environmentálnych faktorov. Z latinčiny výraz „korózia“ znamená „corrodere“, teda „korodovať“. Korózii sú vystavené nielen kovy, ale aj kamene, drevo, polyméry a plasty.

Každý rok korózia zničí 10 % až 20 % všetkého roztaveného kovu.

Vo Švajčiarsku vedci navrhli zariadenie, ktoré obnovuje kov od hrdze. V ňom je skorodovaná vec alebo produkt „bombardovaný“ molekulami vodíka. V tomto procese sa vodík spája s kyslíkom obsiahnutým v hrdze. Po niekoľkých hodinách produkt „omladne“ a produkt sa vráti do pôvodného vzhľadu, je odolný a čistý. Jeho tvar však zostáva rovnaký. Hrdzou značne poškodený kov sa samozrejme oživiť nedá.

Rýchlosť korózie, ako každá chemická reakcia, je veľmi vysoká silne závislé od teploty. Zvýšenie teploty o 100 stupňov môže zvýšiť rýchlosť korózie o niekoľko rádov.

Hrdza pôsobí v technike ako ochranný prostriedok. Ľudia si napríklad osvojili tavenie nízkolegovaných ocelí obsahujúcich malé množstvo chrómu, niklu a medi. Takáto oceľ veľmi rýchlo hrdzavie, ale pod vrstvou hrdze, ktorá odpadla, je viditeľný čierny hustý film, ktorý chráni kov pred ďalšou koróziou. Jediným bodom je, že vytvorenie ochrannej vrstvy trvá dlho, až 4 roky.

Hrdza má dobrú sorpčnú schopnosť pre organické látky. Po vyťažení hrdzavého železa organickou hmotou sa zohrialo v peciach a následne sa ochladilo vodou. V povrchovej vrstve kovu sa objavil dusík a uhlík, čo výrobok spevnilo a dodalo mu zvláštnu tvrdosť.

Rímsky boh Robigus je patrónom hrdze.

Aby železné výrobky nehrdzaveli, mali by byť potiahnuté minimom (špeciálna červená farba) alebo lakom. Liatina je pokrytá smaltom a oceľ iným kovom, napríklad zinkom.

Hrdza je jednou z najčastejších príčin porúch mostov. Keďže hrdza má oveľa väčší objem ako pôvodná masa železa, jej nahromadenie môže viesť k nerovnomernému priliehaniu konštrukčných dielov k sebe. To spôsobilo zničenie mosta cez rieku Mianus v roku 1983, keď ložiská kladkostroja vo vnútri skorodovali. 15. decembra 1967 sa Silver Bridge spájajúci Point Pleasant v Západnej Virgínii a Kanauga v Ohiu náhle zrútil do rieky Ohio. V čase zrútenia sa po moste pohybovalo 37 áut a 31 z nich spadlo spolu s mostom. Zahynulo 46 ľudí a 9 bolo zranených. Príčinou kolapsu bola korózia.

Čo je spoločné medzi hrdzavým klincom, zhrdzaveným mostom alebo deravým železným plotom? Prečo železné konštrukcie a železné výrobky všeobecne hrdzavejú? Čo je to vlastne hrdza? Na tieto otázky sa pokúsime odpovedať v našom článku. Zvážte príčiny hrdzavenia kovov a spôsoby ochrany pred týmto prírodným javom, ktorý nám škodí.

Príčiny hrdze

Všetko to začína ťažbou kovov. Nielen železo, ale napríklad aj horčík – sa ťaží spočiatku vo forme rudy. Hliníkové, mangánové, železné, horčíkové rudy neobsahujú čisté kovy, ale ich chemické zlúčeniny: uhličitany, oxidy, sulfidy, hydroxidy.

Sú to chemické zlúčeniny kovov s uhlíkom, kyslíkom, sírou, vodou a pod.Čisté kovy v prírode raz, dva a spočítané - platina, zlato, striebro - ušľachtilé kovy - nachádzajú sa vo forme kovov vo voľnom stave, resp. nemajú silnú tendenciu k tvorbe chemických zlúčenín.

Väčšina kovov však v prírodných podmienkach stále nie je voľná a na ich uvoľnenie z pôvodných zlúčenín je potrebné rudy roztaviť, čím sa čisté kovy redukujú.

Ale tavením rudy obsahujúcej kov, hoci získame kov v jeho čistej forme, je to stále nestabilný stav, ďaleko od prirodzeného. Z tohto dôvodu má čistý kov za normálnych podmienok vonkajšieho prostredia tendenciu vracať sa späť do pôvodného stavu, teda oxidovať, a to je korózia kovu.

Korózia je teda prirodzený proces deštrukcie kovov, ktorý sa vyskytuje v podmienkach ich interakcie s prostredím. Najmä hrdzavenie je proces tvorby hydroxidu železa Fe (OH) 3, ku ktorému dochádza v prítomnosti vody.

Prirodzený fakt však hrá ľuďom do karát, že oxidačná reakcia neprebieha v nám známej atmosfére veľmi rýchlo, ale veľmi nízkou rýchlosťou, takže mosty a lietadlá sa nezrútia okamžite a hrnce sa nerozpadnú pred naším oči do červeného prášku. Navyše, koróziu možno v zásade spomaliť použitím niektorých tradičných trikov.

Napríklad nehrdzavejúca oceľ nehrdzavie, hoci sa skladá zo železa náchylného na oxidáciu, napriek tomu sa nepokrýva červeným hydroxidom. Ide o to, že nehrdzavejúca oceľ nie je čisté železo, nehrdzavejúca oceľ je zliatina železa a iného kovu, najmä chrómu.

Oceľ môže okrem chrómu obsahovať nikel, molybdén, titán, niób, síru, fosfor atď. Pridávanie ďalších prvkov do zliatin, ktoré sú zodpovedné za určité vlastnosti výsledných zliatin, sa nazýva legovanie.

Spôsoby ochrany proti korózii

Ako sme uviedli vyššie, hlavným legujúcim prvkom, ktorý sa pridáva do bežnej ocele, aby jej dodal antikorózne vlastnosti, je chróm. Chróm oxiduje rýchlejšie ako železo, to znamená, že zaberá. Na povrchu nehrdzavejúcej ocele sa preto najskôr objaví ochranný film oxidu chrómu, ktorý má tmavú farbu a nie je taký voľný ako bežná železná hrdza.

Oxid chrómu neprepúšťa agresívne ióny z prostredia škodlivého pre železo a kov je chránený pred koróziou ako silný utesnený ochranný oblek. To znamená, že oxidový film má v tomto prípade ochrannú funkciu.

Množstvo chrómu v nehrdzavejúcej oceli spravidla nie je nižšie ako 13%, nehrdzavejúca oceľ obsahuje o niečo menej niklu a ďalšie legujúce prísady sú prítomné v oveľa menších množstvách.

Práve vďaka ochranným fóliám, ktoré ako prvé preberajú vplyv prostredia, sú mnohé kovy odolné voči korózii v rôznych prostrediach. Napríklad lyžica, tanier alebo panvica vyrobené z hliníka sa nikdy veľmi nelesknú, ak sa pozriete pozorne, majú belavý odtieň. Ide len o oxid hlinitý, ktorý vzniká pri kontakte čistého hliníka so vzduchom a následne chráni kov pred koróziou.

Oxidový film sa objaví sám od seba a ak hliníkovú panvicu vyčistíte brúsnym papierom, po niekoľkých sekundách lesku bude povrch opäť belavý - hliník na čistenom povrchu pôsobením vzdušného kyslíka opäť zoxiduje.

Keďže film oxidu hlinitého sa na ňom vytvára sám, bez špeciálnych technologických trikov, nazýva sa pasívny film. Takéto kovy, na ktorých sa prirodzene tvorí oxidový film, sa nazývajú pasivované. Najmä hliník je pasivovaný kov.

Niektoré kovy sú násilne prevedené do pasívneho stavu, napríklad najvyšší oxid železa - Fe2O3 je schopný chrániť železo a jeho zliatiny na vzduchu pri vysokých teplotách a dokonca aj vo vode, čím sa nemôže pochváliť ani červený hydroxid, ani nižšie oxidy toho istého železa z

Vo fenoméne pasivácie sú nuansy. Napríklad v silnej kyseline sírovej je okamžite pasivovaná oceľ odolná voči korózii a v slabom roztoku kyseliny sírovej začne korózia okamžite.

Prečo sa to deje? Odpoveďou na zdanlivý paradox je, že v silnej kyseline sa na povrchu nehrdzavejúcej ocele okamžite vytvorí pasivačný film, pretože kyselina s vyššou koncentráciou má výrazné oxidačné vlastnosti.

Zároveň slabá kyselina neoxiduje oceľ dostatočne rýchlo a netvorí sa ochranný film, len začína korózia. V takých prípadoch, keď oxidačné médium nie je dostatočne agresívne, sa na dosiahnutie pasivačného efektu používajú špeciálne chemické prísady (inhibítory, inhibítory korózie), ktoré pomáhajú vytvárať pasívny film na povrchu kovu.

Keďže nie všetky kovy sú náchylné na vytváranie pasívnych filmov na svojom povrchu, a to ani násilne, pridanie moderátorov do oxidačného prostredia jednoducho vedie k preventívnemu zadržaniu kovu v redukčných podmienkach, keď je oxidácia energeticky potlačená, teda v prítomnosť aditíva v agresívnom prostredí sa ukazuje ako energeticky nepriaznivá.

Existuje ďalší spôsob, ako udržať kov v redukčných podmienkach, ak nie je možné použiť inhibítor - naniesť aktívnejší náter: pozinkované vedro nehrdzavie, pretože zinok povlaku koroduje pri kontakte s prostredím pred ním. železo, to znamená, že sa zasiahne samo, keďže zinok je aktívnejší kov, je pravdepodobnejšie, že vstúpi do chemickej reakcie.

Spodok lode je často chránený rovnakým spôsobom: je k nemu pripevnený kus behúňa a potom sa behúň zničí a dno zostane nedotknuté.

Elektrochemická antikorózna ochrana podzemných inžinierskych sietí je tiež veľmi bežným spôsobom boja proti tvorbe hrdze na nich. Podmienky obnovy sa vytvárajú aplikáciou negatívneho katódového potenciálu na kov a v tomto režime už proces oxidácie kovu nemôže prebiehať jednoducho energeticky.

Niekto by si mohol položiť otázku, prečo povrchy ohrozené koróziou jednoducho nie sú natreté farbou, prečo nie zakaždým jednoducho nalakovať časť náchylnú na koróziu? Prečo existujú rôzne spôsoby?

Odpoveď je jednoduchá. Môže sa poškodiť sklovina, napríklad sa môže na nenápadnom mieste odlomiť lak auta a karoséria začne postupne, ale nepretržite hrdzavieť, keďže na toto miesto budú prúdiť zlúčeniny síry, soli, voda, vzdušný kyslík a v dôsledku toho telo sa zrúti.

Aby sa zabránilo takémuto vývoju udalostí, uchýlia sa k dodatočnej antikoróznej úprave tela. Auto nie je smaltovaný plech, ktorý sa pri poškodení smaltu jednoducho vyhodí a dá sa kúpiť nový.

Súčasný stav vecí

Napriek zjavným znalostiam a rozpracovaniu fenoménu korózie, napriek používaným všestranným metódam ochrany, korózia stále predstavuje určité nebezpečenstvo. Potrubia sú zničené a to vedie k emisiám ropy a plynu, padajú lietadlá, padajú vlaky. Príroda je zložitejšia, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať, a ľudstvo má stále veľa aspektov korózie na preskúmanie.

Teda aj zliatiny odolné voči korózii sú odolné len v určitých predvídateľných podmienkach, pre ktoré boli pôvodne určené. Napríklad nehrdzavejúce ocele neznášajú chloridy a sú nimi ovplyvnené - dochádza k jamkovej, bodovej a medzikryštalickej korózii.

Navonok, bez náznaku hrdze, sa štruktúra môže náhle zrútiť, ak sa vnútri vytvoria malé, ale veľmi hlboké lézie. Mikrotrhliny prenikajúce do hrúbky kovu sú zvonku neviditeľné.

Aj zliatina, ktorá nepodlieha korózii, môže pri dlhšom mechanickom namáhaní náhle prasknúť – práve obrovská trhlina náhle zničí štruktúru. To sa už stalo na celom svete s kovovými stavebnými konštrukciami, strojmi a dokonca aj lietadlami a vrtuľníkmi.

Andrej Povny

Neodmysliteľný atribút priemyselnej revolúcie a symbol priemyselnej sily. Význam tohto zdroja je, samozrejme, veľmi veľký, ale koľko ľudí sa zamyslelo nad tým, aká rôznorodá je táto skupina chemických prvkov? Alebo aké kuriózne vlastnosti pozorujú niektoré kovy a aké neuveriteľné vlastnosti sa im niekedy pripisujú? nepravdepodobné. Preto stojí za to rozšíriť svoje chápanie tejto témy a uviesť niekoľko zaujímavých faktov o kovoch.

Podskupiny

V súčasnosti je v periodickej tabuľke prvkov 94 chemických prvkov, ktoré sa považujú za kovy. Všetky sú rozdelené do 7 podskupín:

• alkalické;
• alkalická zemina;
• prechodný;
• pľúca;
• polokovy;
• lantanoidy;
• aktinidy.

Kovy z prvých štyroch podskupín si vyžadujú osobitnú pozornosť.

alkalických kovov

Svoje meno dostali vďaka vlastnosti premeny na zásadu v podmienkach vodného prostredia.

Málo známy zaujímavý fakt o alkalických kovoch: lítium má niektoré životodarné vlastnosti. Prispieva najmä k liečbe dny. Takže už v dávnych dobách si ľudia všimli liečivé vlastnosti hliny, ktorá je obohatená o lítium. Masti a obklady z tohto materiálu pomohli zmierniť príznaky dny.

Prvky tejto skupiny našli svoje uplatnenie aj pri stavbe jadrových ponoriek. Sodík sa používa ako chladivo v elektrických generátoroch inštalovaných na podmorskom jadrovom reaktore. Zabezpečuje rotáciu parných lopatiek.

Sodík si však vyžaduje špeciálne zaobchádzanie. Pri interakcii s ním je potrebné vziať do úvahy jeho prudkú reakciu s kvapalinami. Dokonca aj dotyk sodíka holou mokrou rukou môže spôsobiť malý výbuch.

Pre zdravie sú dôležité aj zásady. Nedostatok sodíka a draslíka v ľudskom tele spôsobuje silné kŕče a bolesti, preto by ste sa nemali obmedzovať na vodu a soľ.

kovy alkalických zemín

Táto skupina má vysokú hustotu a vysokú teplotu topenia. Zaujímavý fakt o kovoch: bárium a rádium sú vysoko toxické. Je zvláštne, že rádium, ktoré sa dostalo do tela, má tendenciu byť transportované o viac ako 70% do kostí, ale pre svoju vysokú toxicitu prispieva k vzniku onkologických lézií kostného tkaniva.

V roku 1950 boli do republikovej nemocnice Republiky Komi prijatí naraz 4 ľudia s percentom poškodenia kostrového tkaniva zhubnými nádormi v rozsahu 70-85%, čo bolo spôsobené dlhodobým vývojom podzemného mineralizovaného rádia. vklady.

prechodné kovy

Táto skupina si zaslúži osobitnú pozornosť. Zaujímavé fakty o kovoch, ktoré s ním súvisia, nemožno ignorovať, pretože je najpočetnejší. Táto skupina spája prvky s rôznymi vlastnosťami.

Výrobou produktov elektrotechnického priemyslu sa zaoberá veľa prechodných skupín, keďže majú vlastnosti vodičov elektriny.

Zábavný fakt: Je dobre známe, že Japonsko je lídrom v dodávkach high-tech zariadení na svetovom trhu. V meste Suva sa robilo hodnotenie koncentrácie zlata v hmote popola získanej zo spaľovania sedimentárnych ložísk mestského kolektora. Konečné výsledky prekonali výsledky podobných experimentov v najbohatších baniach planéty asi 50-krát, čo bolo vysvetlené prítomnosťou obrovskej priemyselnej zóny, kde sa vyrábajú elektronické výrobky s použitím zliatin drahých kovov, najmä zlata. Mimochodom, môžete o ňom povedať veľa zaujímavých vecí.

Zlato

Každý vie, že produkty vyrobené z tohto materiálu v sebe spájajú prestíž, sofistikovanosť a luxus. Zlatý šperk je skvelý darček. Kto by si však pomyslel, že vo Švajčiarsku existuje množstvo firiem, ktoré z neho vyrábajú kúskované tyčinky v štýle čokolády, ktoré sa dajú použiť ako darček? Alebo pri zúčtovacích transakciách. Zaujímavosťou je, že každá dlaždica pozostáva z akcií s hodnotou 1 gram a je ľahko rozdelená na časti.

Zaujímavosť o kove: k roku 2014 sa celosvetovo vyťažilo približne 179 ton zlata, z toho asi polovica pochádza z Juhoafrickej republiky. Každú hodinu sa z útrob Zeme vytiahne takmer rovnaké množstvo železa.

Zlato je veľmi mäkký kov, z tohto dôvodu sa pri výrobe šperkov zvyčajne leguje s prímesami medi alebo striebra.

Merkúr

Toto je jediný kov, ktorý je schopný byť v tekutom stave agregácie pri izbových podmienkach. Každý vie o toxicite ortuťových výparov, ale iba chemici vedia, ako tento prvok ovplyvňuje vlastnosti hliníka.

Legislatívne akty a dokumenty upravujúce postup a pravidlá pre pohyb tovaru na palube lietadiel v niektorých krajinách prísne zakazujú prepravu ortuti, pretože pri náraze na hliníkový povrch môže vypáliť dieru, čo je obzvlášť dôležité na palube lietadla, ktorého dizajn obsahuje mnoho dielov vyrobených z tohto materiálu.

Meď a kobalt

Pri vymenúvaní zaujímavých faktov o kovoch v chémii stojí za zmienku tieto prvky. Meď zaujíma najmä vandalov a lovcov farebných kovov. Nachádza sa v transformátorových skrinkách, pretože medené prvky nie sú schopné iskriť.

Ale na východe, najmä v Japonsku, sa meď používa v rybolove ako látka, ktorá zabraňuje výskytu vodných plesňových chorôb vo vodných útvaroch.

A vznik kobaltu je spojený so škandinávskou mytológiou. Nórski kováči, ktorí tavili minerály s obsahom kobaltu, dostali otravu arzénom. Nevoľnosť a bolesť hlavy si vysvetlili ako pomstu horského démona - Kobolda, ktorý sa mstí ľuďom za skazu svojich baní. Takto sa objavil názov tohto kovu. Pôvod názvu nikel je podobný.

železo

Je to najobľúbenejší prvok prechodovej skupiny. Zaujímavý fakt o kove: v dávnych dobách, keď ľudstvo ešte nepoznalo technológie výroby ocele, železo sa posilňovalo pražením v hnoji a kožných škvrnách, vďaka čomu došlo k obohateniu materiálu uhlíkom a výrazne sa zvýšila pevnosť. V blízkosti stajní sa preto často stavali vyhne.

Nehovoriac o korózii kovu. Zaujímavý fakt: skutočnosť, že železo sa oxiduje pri interakcii s kyslíkom, berú do úvahy predovšetkým astronauti pri vybavovaní inventáru kozmickej lode. A je jasné prečo! V podmienkach vesmírneho vákua totiž železo nie je schopné oxidovať a pri kontakte s inými kovmi sa doslova lepia.

Aby sa predišlo tomuto problému, nástroje na prácu vo vesmíre sú zabalené do špeciálnej plastovej základne alebo vystavené oxidácii na Zemi.

Strieborná

Mnohí poznajú výraz: "Striebro je cennejšie ako zlato." Nie je to pravda. Napriek tomu toto tvrdenie rastie na základe blahodarných, liečivých, čistiacich vlastností striebra. Voda, ktorá bola v nádobe vyrobenej z tohto materiálu dlhší čas, získava antitoxické vlastnosti. To vysvetľuje vysokú popularitu strieborného riadu za starých čias. Z týchto dôvodov moderné vesmírne stanice prevádzkujú čističky striebornej vody.

Prvé výrobky vyrobené z tohto kovu boli objavené v Egypte a sú staré viac ako 6 tisíc rokov. Na území modernej Indie je zvykom jesť dezerty pokryté najtenšou striebornou fóliou, ktorá pomáha udržiavať zdravie gastrointestinálneho traktu v podmienkach vysokých nehygienických podmienok.

Tento kov aktívne využívajú ázijskí výrobcovia termoregulačných zariadení, hlavne pri montáži klimatizácií s funkciou čistenia vzduchu.

V dávnych dobách slúžilo striebro ako prostriedok na zabránenie oxidácii mliečneho kvasenia. Lyžica vyrobená z tohto kovu bola umiestnená v hrnci s mliekom, vďaka čomu dlho neoxidovala. A nakoniec, stimuluje reprodukciu hemoglobínu, má pozitívny vplyv na centrálny nervový systém. Takým úžasným kovom je striebro. Je o ňom oveľa viac zaujímavých faktov, no toto sú tie hlavné.

Ľahké kovy

Táto kategória je obzvlášť toxická a je ťažké ju odhaliť. Polónium, extrémne jedovatý kov, bolo opakovane použité pri pokusoch o atentát na vysokých predstaviteľov a politikov. Jeho zvláštnosť spočíva v tom, že je ťažké ho odhaliť v tele v počiatočných štádiách a jeho toxický účinok je veľmi vysoký. Osoba, ktorej jedlo bolo otrávené polóniom, je odsúdená na bolestivú smrť.

Zinkové výpary sú veľmi škodlivé. Napriek tomu má zinok priaznivý vplyv na reprodukčnú funkciu mužských semenníkov. Pracovníci indickej hadej farmy, ktorí sa podieľajú na získavaní hadieho jedu, majú po opakovanom uhryznutí kobrou alebo zmijou silnú erekciu a intenzívnu produkciu pohlavných hormónov, čo sa vysvetľuje zvýšeným obsahom zinku v hadom jede.

Korózia

Ide o čisto negatívny proces, aj keď má aj svoje výhody. Už pred 100 rokmi si kaukazskí jazdci uvedomili užitočnosť korozívneho procesu na výrobu odolných, netupiacich sa čepelí.

Ako prví teda na pár rokov zakopali svoje šable a čepele do zeme, kde získali silu a schopnosť prerezať aj tie najtvrdšie vlákna. Tieto vlastnosti kovu boli dosiahnuté vďaka absorpčným vlastnostiam hrdze, ktorá, keďže bola v zemi, absorbovala organické prvky a zlúčeniny uhlíka.

Indická inžinierska vedecká komunita prišla s vlastnou inovatívnou metódou ochrany kovových povrchov katalyzovaním korózie a následným nanesením oxidovanej farby na zhrdzavený povrch. Špeciálna farba tak reaguje s hrdzou a vytvára jednotnú, silnú ochrannú vrstvu.

Pri výrobe nástrojov na rezanie jatočných tiel sa používajú zliatiny s malým percentom chrómu, medi a niklu, vďaka čomu je výrobok rýchlo pokrytý koróziou, pod ktorou sa časom vytvorí silná ochranná vrstva, ktorá zabraňuje ďalšej tvorbe hrdze.

Ďalšie zaujímavé fakty

Neuveriteľne pevný titán, prekvapivo, nachádza svoje najvyššie uznanie nie v metalurgii, nie v strojárstve alebo strojárstve, ale vo výrobe syntetických plastov, papiera a farieb.

Hliník bol v roku 1885 považovaný za jeden z najdrahších kovov. A bolo cenené nad zlato a striebro. Prítomnosť hliníkových gombíkov u dôstojníkov francúzskej armády bola považovaná za znak najvyššej šľachty.

Počas konštrukcie satelitov a dozimetrov vesmírneho žiarenia sa Američania svojho času rozhodli vidieť loď Kronprinz Wilhelm, ktorá sa potopila na konci prvej svetovej vojny, pretože oceľ vyrobená po roku 1945 obsahuje príliš veľa žiarenia. Použitie takéhoto kovu by bránilo zberu spoľahlivých údajov.

A na záver fakt o Kalifornii. Je to najdrahší syntetizovaný kov. Jeho cena presahuje 6,5 milióna za gram. Fotografia je mimochodom uvedená vyššie.

V skutočnosti stále môžete povedať veľa zaujímavých faktov o kovoch. Chémia je úžasná veda a každý prvok periodickej tabuľky má jedinečné, nenapodobiteľné vlastnosti a vlastnosti.