Разработка урока "Коррозия металлов"

Графеновый корпус А может ли коррозия приносить пользу?     не     изделию коррозия          Любопытную технологию превращения слоя ржавчины в защитное покрытие удалось разработать индийским ученым. Для этого на стальное изделие, покрытое густым налетом ржавчины,   наносят   специальный   состав,   благодаря   которому   слой   оксидов   становится прочным панцирем черного цвета. Затем на него наносят краску, которая, кстати, держится на этом защитном слое надежнее, чем непосредственно на металлической поверхности. Теперь страшна.           В 1834 году в «Горном журнале» была опубликована статья «Улучшение железа и стали   посредством   ржавления   в   земле».   Способ   превращения   железа   в   сталь   через ржавления в земле известен людям с глубокой древности. Например, черкесы на Кавказе закапывали полосое железо в землю, а, откопав через 10­15 лет, выковывали из него свои сабли, которые могли перерубить даже ружейный ствол, щит, кости врага. В земле железо, естественно, ржавело, но одновременно насыщалось углеродом и азотом при контакте с различными органическими веществами почвы. Ржавчина обладает хорошей сорбционной способностью к различным органическим веществам. После выкапывания ржавое железо вместе с органическими веществами нагревали в горнах, ковали, а затем охлаждали водой – закаливали.   Углерод   и   азот   появлялись   в   поверхностном   слое   откованного   металла, упрочняя   его   и   сообщая   ему   особую   твердость.   В   слое   при   термической   обработке образуется очень твердое соединение: карбид железа Fe3C – цементит. Впоследствии для получения твердой стали вместо длительного пребывания железа в земле перешли к плавке железа под слоем древесного угля. Я  УЗНАЮ Я  УВИЖУ Я ЗАПОМНЮ Я НАУЧУСЬ Я ПРИДУМАЮ ПРИЛОЖЕНИЕ 5                                          Тест «Коррозия металлов»  1 вариант 1. Металл более подверженный коррозии а) 1s22s22p6                                  б) 1s22s22p63s23p63d54s2 в) 1s22s22p63s23p63d104s2             г) 1s22s22p63s23p1 2. Химическую коррозию вызывают а) вода и кислород                б) оксиды углерода и серы в) растворы солей                 г) все перечисленные факторы 3. При контакте Ni и Fe в растворе кислоты а) железо будет растворяться б) железо будет восстанавливаться в) никель будет растворяться г) будет выделяться кислород 4. Способ защиты от коррозии, при котором в рабочую среду вводят вещества, уменьшающие агрессивность среды а) лужение       б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита                г) ингибирование 5. Способ защиты от коррозии, при котором железный лист покрывают слоем  олова а) лужение б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита г) ингибирование 6. Наиболее активно корродирует а) химически чистое железо б) железо, покрытое слоем олова в) техническое железо г) сплав железа с титаном Система оценивания заданий.     Правильный ответ 1 балл. Неправильный ответ 0 баллов. Оценки  2 ­3 бал.;                3 – 4б.;                                                               4– 5б.; 5 – 6б ПРИЛОЖЕНИЕ                                          Тест «Коррозия металлов»  2 вариант 1. Металл более подверженный коррозии а) 1s22s22p63s23p1                       б) 1s22s22p63s23p63d64s2 в) 1s22s22p63s23p63d104s2           г) 1s22s2 2. Электрохимическую коррозию вызывают а) контакт металла с кислородом б) контакт металла с оксидом углерода и серы в) растворы солей г) все перечисленные факторы 3. При контакте Ni и Fe в растворе кислоты а) железо будет растворяться б) железо будет восстанавливаться в) наличие примесей в металле, контакт с другими металлами г) контакт металла с водой 4. Способ защиты от коррозии, при котором создают контакт с более  активным металлом а) лужение                       б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита                     г) ингибирование 5. Способ защиты от коррозии, при котором используют сталь, содержащей  специальные добавки а) лужение                     б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита                         г) ингибирование 6. Наиболее активно корродирует а) химически чистое железо б) железо в отсутствии влаги в) техническое железо во влажном воздухе г) техническое железо в растворе электролита Система оценивания заданий. Правильный ответ 1 балл. Неправильный ответ 0 баллов. Оценки  2 ­3 бал.;                3 – 4б.;                                                               4– 5б.;                5 – 6б ПРИЛОЖЕНИЕ 1                                   Научный информационный центр  Коррозия ­ от латинского corrodere ­ разъедать. Больше всего страдают от коррозии сплавы на основе железа главные материалы современной техники. Есть старая, но очень точная поговорка:   "ржа   ест   железо".   Около   10 %,   добытого   металла   безвозвратно   теряется вследствие разрушающего действия коррозии ­ распыляется.  А в конкретных цифрах это выглядит так: в мире сейчас производится свыше 500 млн. т стали; значит, теряется от коррозии ежегодно более 50 млн. т. Подсчитано также, что ежегодно от коррозии Англия терпит убыток в 600 млн. фунтов стерлингов, а США ­ в 2 800 млн. долларов. Металлы после серебра – практически не подвергаются коррозии (химически неактивны), металлы   до   магния   (химически   активны,   хранят   под   слоем   бензина,   нет   контакта   со средой); Mg, Zn, Al, Cr, Ni покрыты оксидной плёнкой, которая препятствует коррозии. Сущность процесса – переход металла в ион.  Виновники   коррозии ­   Вода,   оксиды   серы,   углерода,   азота,   кислород   воздуха, электролиты, микроорганизмы и др.  Ржавлением   называют   только   коррозию   железа   и   его   сплавов.   Другие   металлы коррозируют, но не ржавеют. Многие металлические предметы, которые мы используем в быту,   не   подвергаются   видимой   коррозии,   в   то   время   как   потерянный   ключ   быстро ржавеет. Понятно, что с коррозией надо бороться. Но, чтобы победить ее, нужно знать причины и механизмы ее протекания.  Металлы – восстановители. Они могут только отдавать электроны. Значит Me0 – ne = Me+n По характеру взаимодействия металла и среды коррозия бывает химическая и электрохимическая.  Химическая  (или  газовая)   коррозия–  это   разрушение   металлов   в   результате   их химического   взаимодействия   с   веществами   окружающей   среды.  Электрохимическая коррозия–  это  разрушение   металлов   в  среде   электролита   с   возникновением   в   системе электрического тока. В   обоих   случаях   протекает   окислительно­восстановительная   реакция,   в   ходе   которой металл   окисляется,   а   окислитель   внешней   среды   –   восстанавливается.   Различие заключается   в   том,   что   при   химической   коррозии   электроны   переходят   от   металла   к окислителю   непосредственно,   а   при   электрохимической   коррозии   окислительно­ восстановительная   реакция   разбивается   на полуреакции окисления   и   восстановления. Электроны   переходят   по   металлу   от   восстановителя   к   окислителю.   Поток   электронов направлен от более активного металла (анод (+)) к менее активному металлу (катод (­)) и коррозии   подвергается,  более   активный  металл.   Чем  дальше  в  ряду напряжений   стоят металлы, тем выше скорость коррозии.  В кислотной среде атомы железа отдают электроны, которые переходят к меди и на ее поверхности соединяются с ионами водорода, выделившимися из компонентов среды. На катоде   идет   процесс   восстановления   ионов   водорода   с   образованием   газообразного водорода. ПРИЛОЖЕНИЕ 2.                                         Научный исторический центр История цивилизации неразрывно связана с железом. В древности у некоторых народов этот   металл   ценился   дороже   золота.   Лишь   представители   знати   могли   украшать   себя изделиями   из   железа,   причем   нередко   в   золотой   оправе.   В   Древнем   Риме   из   железа изготовляли даже обручальные кольца. Постепенно, по мере развития металлургии, этот металл   становился   доступнее   и   дешевле.   И   все   же   еще   сравнительно   недавно   многие отсталые   народы,   испытывая   острую   нужду   в   железе,   готовы   были   платить   за   него огромную цену. Известный английский мореплаватель XVIII в. Джеймс Кук рассказывал об отношении   к   железу   туземцев   островов   Полинезии:   "...Ничто   так   не   манило   к   себе посетителей наших судов, как этот металл; железо всегда было для них самым желанным, самым драгоценным товаром". Однажды его матросам удалось за ржавый гвоздь получить целую   свинью.   В   другой   раз   за   несколько   старых   ненужных   ножей   островитяне   дали матросам столько рыбы, что ее хватило на много дней для всей судовой команды. Проблемой защиты от коррозии заинтересовались еще люди древнего мира. Геродот (V в. до н.э.) и Плиний Старший (I в. н.э) упоминают о применение олова для защиты железа от ржавчины.   20   годы   XIX   в.   М.   Фарадей   и   Г.   Деви   начали   изучать   электрохимическую коррозию. В 1935 г. А.И. Шултин объяснил коррозию как индивидуальных металлов, так и сплавов. Он рассмотрел механизм коррозии и факторы, влияющие на неё. А.И. Шултин и Я.В. Дурдин сформулировали теорию коррозии металлических материалов.  В Индии уже полтора тысячелетия существует "общество по борьбе с коррозией". В XIII в. оно принимало  участие  в постройке  на побережье  Бенгальского  залива  Храма Солнца. Сооружение,   веками   подвергавшееся   действию   соленых   ветров   и   морской   влаги,   уже превратилось в руины, но его железная арматура сохранилась в хорошем состоянии. Стало быть, уже в те далекие времена индийские мастера знали, как противостоять коррозии. Об этом   же   свидетельствует   и   знаменитая   железная   колонна   ~   одна   из   многочисленных достопримечательностей   индийской   столицы.   Вот   что   писал   в   своей   книге   "Открытие Индии"   Джавахарлал   Неру:   "Древняя   Индия   добилась,   очевидно,   больших   успехов   в обработке   железа.   Близ   Дели   высится   огромная   железная   колонна,   ставящая   в   тупик современных   ученых,   которые   не   могут   определить   способ   ее   изготовления, предохранивший железо от окисления и других атмосферных явлений". Весит   колонна   около   6,5   тонн.   Ее   высота   7,2   метра,   диаметр   ­   от   42   сантиметров   у основания до 30 сантиметров у верха. Изготовлена она из почти чистого железа (99,72 %). Колонна была воздвигнута в 415 г. в честь скончавшегося незадолго до этого царя Чандра­ Гупты. Первоначально ее установили на востоке страны перед одним из храмов, а в 1050 г. перевезли в Дели. Существует народное поверье, что у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки, исполнится заветное желание. С давних времен стекались к ней толпы богомольцев, желавших получить свою толику счастья. Как же смогли древние металлурги изготовить эту чудо­колонну, перед которой бессильно время? Некоторые писатели­фантасты не исключают, что она создана на другой планете, а завез ее к нам экипаж: космического звездолета, который захватил ее с собой на Землю либо   в   качестве   вымпела,   либо   как   дар   жителям   нашей   планеты.   По   другим   версиям, колонна изготовлена из крупного железного метеорита. Первое железо, попавшее еще в глубокой   древности   в   руки   человека,   было,   по­видимому,   не   земного,   а   космического происхождения:   железо   входило   в   состав   метеоритов,   упавших   на   нашу   планету.   На поверхность   земного   шара   ежегодно   выпадают   тысячи   тонн   метеоритного   вещества, содержащего до 90 % железа. Самый крупный метеорит найден в 1920 г. в юго­западной части Африки. Это метеорит Гоба, весящий около 60 т. В 1891 г. в Аризонской пустыне была обнаружена громадная воронка диаметром более 1200 и глубиной 175 метров. Ее образовал гигантский железный метеорит, упавший в доисторические времена. ПРИЛОЖЕНИЕ 3.                                                          Аналитический отдел В 1903 г. в одном техническом журнале писали: «Как ни странно, до сих пор вопрос о том, какие   химические   явления   происходят   при   ржавлении   железа,   наукою   еще   не   решен». Однако наука XX в. многое сумела выяснить в этом вопросе, а также разработала многие эффективные средства борьбы с коррозией. Защита металла от коррозии осуществляется различными способами: 1. Применение защитных покрытий. а) мталлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, стекло кристаллические покрытия. б)   металлические   изделия   покрывают   другими   металлами.   В   качестве   металлов   для покрытия   применяют   металлы,   образующие   на   своей   поверхности   защитные   пленки.   К таким металлам относятся хром, никель, цинк, олово и другие. 2. Приготовление сплавов стойких к коррозии части машин, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали и других сплавов, стойких к коррозии. В сплав вводят хром, никель, кремень, кобальт, алюминий. 3. Электрохимические методы защиты. а) применение заклепок изготовленных из более активных металлов. Прикрепление   пластинок   из   более   активного   металла   для   защиты   основного металлического изделия.  Например в паре Zn­Fe (оцинкованное железо) защищено железо, в паре Sn­Cu защищена медь и т. д. К   днищам   кораблей   прикрепляют   протекторы   ­   слитки   более   активного   металла,   чем обшивка днища корабля ­ это протекторная защита с помощью цинка (анодная защита). б)Катодная   защита   ­   защита   менее   активным   металлом   (лужёное   железо).   Особые требования ­ не допускать разрушении целостности покрытия. 4.   Добавление   ингибиторов.  Использование   замедлителей   коррозии   (органические, неорганические вещества) ПРИЛОЖЕНИЕ 4                                                     Центр новых технологий 1.   Термин   «ржавчина»   используется   для   обобщающего   названия   окислов   железа.   Как известно,  окислы  появляются   вследствие   химической  реакции  железа  с  кислородом   во влажной среде.  БОРЬБА С КОРРОЗИЕЙ – ИЗВЕЧНАЯ ПРОБЛЕМА АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ. НАРЯДУ С МЕХАНИЧЕСКИМИ   СРЕДСТВАМИ   ОБРАБОТКИ   РЖАВЫХ   УЧАСТКОВ, ПОПУЛЯРНОСТЬ   ЗАВОЕВАЛ   И   ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ   РЖАВЧИНЫ. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ   РЖАВЧИНЫ   НАЗЫВАЕТСЯ   ХИМИЧЕСКИЙ   СОСТАВ, ПРЕВРАЩАЮЩИЙ   ОКСИДЫ   ЖЕЛЕЗА   В   ЗАЩИТНЫЙ   СЛОЙ,   ЧТО   ДЕЛАЕТ ПОВЕРХНОСТЬ   БОЛЕЕ   УСТОЙЧИВОЙ   К   ДАЛЬНЕЙШЕМУ   ВОЗДЕЙСТВИЮ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. Преобразователи   ржавчины   хорошо   подходят   для   низколегированной   и   углеродистой стали.  Группе запорожских специалистов во главе с канд. хим. наук Ю.Н.Форостяном удалось создать замечательный препарат. Примерно через 20 ч после нанесения его на поверхность металла   ржавчина   преобразуется   в   твердый,   устойчивый   грунт,   который   не   боится   ни механических, ни химических воздействий. Краска на нем держится в 3 ­ 4 раза дольше, чем обычно. Полученную пасту продолжают совершенствовать. Уже удалось получить ее на основе лигнина ­ продукта из отходов древесины.   2. В технике нашла применение и сама ржавчина как защитное средство. Освоена выплавка низколегированных   сталей,   которые   быстро   ржавеют,   под   слоем   опавшей   ржавчины, образуется плотная черная пленка, которая крепко слепливается с металлом, практически полностью   его   защищает   от   дальнейшей   коррозии.   Ржавчина   обладает   хорошей сорбционной способностью к различным органическим  веществам.  Способ превращения железа в сталь через ржавление в земле известен людям с глубокой древности. Из такого железа делали сабли, которые могли перерубать даже оружейный ствол, щит и кости врага. 3.  Ультратонкий материал — графен, за последнее десятилетие наделал в научном мире столько   шума,   что   его   стали   применять   практически   во   всех   сферах   человеческой деятельности.   Из   него   пытаются   делать   аккумуляторы   для   электромобилей,   собирают радиоактивные отходы, делают поролон, наращивают костную ткань и даже нейтрализуют раковые   опухоли.   Как   известно,   графен —   это   сверхпрочный   и   сверхэлектроёмкий материал.   Он   в   200   раз   крепче   стали   и   обладает   в   100   раз   более высокой электропроводностью, чем кремний, используемый сегодня в солнечных батареях. Графен ­ новый материал для антикоррозийных покрытий