Матеріали з металів під хімічним або електрохімічним впливом навколишнього середовища зазнають руйнування, яке називається корозією. Корозія металіввикликається , в результаті яких метали переходять в окислену форму і втрачають свої властивості, що призводить до непридатності металевих матеріалів.
Можна виділити 3 ознаки, що характеризують корозію:
- Корозія- Це з хімічної точки зору процес окислювально-відновлювальний.
- Корозія- Це мимовільний процес, що виникає через нестійкість термодинамічної системи метал - компоненти навколишнього середовища.
- Корозія- Це процес, який розвивається в основному на поверхні металу. Однак не виключено, що корозія може проникнути і вглиб металу.
Види корозії металів
Найчастіше зустрічаються такі види корозії металів:
- Рівномірна – охоплює всю поверхню рівномірно
- Нерівномірна
- Виборча
- Місцева плямами – кородують окремі ділянки поверхні
- Виразкова (або піттинг)
- Крапкова
- Міжкристалітна – поширюється вздовж меж кристала металу
- Розтріскуюча
- Підповерхнева
З погляду механізму корозійного процесу можна виділити два основні типи корозії: хімічну та електрохімічну.
Хімічна корозія металів
Хімічна корозія металів - Це результат перебігу таких хімічних реакцій, в яких після руйнування металевого зв'язку, атоми металу та атоми, що входять до складу окислювачів, утворюють . Електричний струм між окремими ділянками поверхні металу у разі немає. Такий тип корозії притаманний середовищам, які здатні проводити електричний струм – це гази, рідкі неелектроліти.
Хімічна корозія металів буває газовою та рідинною.
Газова корозія металів – це результат дії агресивних газових чи парових середовищ на метал за високих температур, за відсутності конденсації вологи на поверхні металу. Це, наприклад, кисень, діоксид сірки, сірководень, пари води, галогени. Така корозія в одних випадках може призвести до повного руйнування металу (якщо активний метал), а в інших випадках на його поверхні може утворитися захисна плівка (наприклад, алюміній, хром, цирконій).
Рідина корозія металів – може протікати в таких неелектролітах, як нафта, мастила, гас та ін. Цей тип корозії за наявності навіть невеликої кількості вологи може легко набути електрохімічного характеру.
При хімічній корозіїшвидкість руйнування металу пропорційна і тієї швидкості, з якою окислювач проникає крізь плівку оксиду металу, що покриває його поверхню. Оксидні плівки металів можуть виявляти або не виявляти захисні властивості, що визначається суцільністю.
Суцільністьтакої плівки оцінюють величиною фактора Піллінга-Бедвордса: (α = V ок / V Ме)по відношенню обсягу оксиду, що утворився, або іншого будь-якого з'єднання до обсягу витраченого на утворення цього оксиду металу
α = V ок / V Ме = М ок · ρ Ме / (n · A Me · ρ ок),
де V ок - обсяг оксиду, що утворився.
V Ме - обсяг металу, витрачений на утворення оксиду
М ок – молярна маса оксиду, що утворився.
ρ Ме – щільність металу
n – число атомів металу
A Me - атомна маса металу
ρ ок - щільність оксиду, що утворився.
Оксидні плівки, у яких α < 1 , не є суцільнимиі крізь них кисень легко проникає до металу. Такі плівки не захищають метал від корозії. Вони утворюються при окисленні киснем лужних і лужноземельних металів (за винятком берилій).
Оксидні плівки, у яких 1 < α < 2,5 є суцільнимита здатні захистити метал від корозії.
При значеннях α > 2,5 умова суцільності вже не дотримується, внаслідок чого такі плівки не захищають метал від руйнування
Нижче наведено значення α для деяких оксидів металів
метал | оксид | α | метал | оксид | α |
K | K 2 O | 0,45 | Zn | ZnO | 1,55 |
Na | Na 2 O | 0,55 | Ag | Ag 2 O | 1,58 |
Li | Li 2 O | 0,59 | Zr | ZrO 2 | 1.60 |
Ca | CaO | 0,63 | Ni | NiO | 1,65 |
Sr | SrO | 0,66 | Be | BeO | 1,67 |
Ba | BaO | 0,73 | Cu | Cu 2 O | 1,67 |
Mg | MgO | 0,79 | Cu | CuO | 1,74 |
Pb | PbO | 1,15 | Ti | Ti 2 O 3 | 1,76 |
Cd | CdO | 1,21 | Cr | Cr 2 O 3 | 2,07 |
Al | Al 2 O 2 | 1,28 | Fe | Fe 2 O 3 | 2,14 |
Sn | SnO 2 | 1,33 | W | WO 3 | 3,35 |
Ni | NiO | 1,52 |
Електрохімічна корозія металів
Електрохімічна корозія металів– це процес руйнування металів серед різних , який супроводжується виникненням усередині системи електричного струму.
При такому типі корозії атом видаляється з кристалічних грат в результаті двох сполучених процесів:
- Анодного – метал у вигляді іонів перетворюється на розчин.
- Катодного - електрони, що утворилися при анодному процесі, зв'язуються деполяризатором (речовина - окислювач).
Сам процес відведення електронів з катодних ділянок називається деполяризацією, а речовини, що сприяють відведенню – деполяризаторів.
Найбільшого поширення має корозія металів з водневою та кисневою деполяризацією.
Воднева деполяризаціяздійснюється на катоді при електрохімічній корозії в кислому середовищі
2H + +2e - = H 2 розряд водневих іонів
2H 3 O + +2e - = H 2 + 2H 2 O
Киснева деполяризаціяздійснюється на катоді при електрохімічній корозії в нейтральному середовищі
O 2 + 4H + +4e - = H 2 O відновлення розчиненого кисню
O 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH -
Усі метали, по їх відношенню до електрохімічної корозії, можна розбити на 4 групи, які визначаються величинами їх:
- Активні метали (Висока термодинамічна нестабільність) - це всі метали, що знаходяться в інтервалі лужні метали - кадмій (Е 0 = -0,4 В). Їхня корозія можлива навіть у нейтральних водних середовищах, в яких відсутні кисень або інші окислювачі.
- Метали середньої активності (Термодинамічна нестабільність) - розташовуються між кадмієм і воднем (Е 0 = 0,0 В). У нейтральних середовищах, без кисню, не корродируют, але піддаються корозії в кислих середовищах.
- Малоактивні метали (проміжна термодинамічна стабільність) – знаходяться між воднем та родієм (Е 0 = +0,8 В). Вони стійкі до корозії у нейтральних та кислих середовищах, у яких відсутній кисень або інші окислювачі.
- Шляхетні метали (Висока термодинамічна стабільність) - золото, платина, іридій, паладій. Можуть піддаватися корозії лише у кислих середовищах за наявності у яких сильних окислювачів.
Електрохімічна корозіяможе протікати у різних середовищах. Залежно від характеру середовища виділяють такі види електрохімічної корозії:
- Корозія у розчинах електролітів- у розчинах кислот, основ, солей, у природній воді.
- Атмосферна корозія– в атмосферних умовах та серед будь-якого вологого газу. Це найпоширеніший вид корозії.
Наприклад, при взаємодії заліза з компонентами навколишнього середовища деякі його ділянки служать анодом, де відбувається окислення заліза, а інші – катодом, де відбувається відновлення кисню:
А: Fe - 2e - = Fe 2 +
K: O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2 O
Катодом є та поверхня, де більший приплив кисню.
- Ґрунтова корозія– залежно від складу ґрунтів, а також його аерації, корозія може протікати більш менш інтенсивно. Кислі ґрунти найбільш агресивні, а піщані – найменш.
- Аераційна корозія- Виникає при нерівномірному доступі повітря до різних частин матеріалу.
- Морська корозія– протікає у морській воді, у зв'язку з наявністю в ній розчинених солей, газів та органічних речовин .
- Біокорозія- Виникає в результаті життєдіяльності бактерій та інших організмів, що виробляють такі гази як CO 2 , H 2 S та ін, що сприяють корозії металу.
- Електрокорозія– відбувається під дією блукаючих струмів на підземних спорудах, внаслідок робіт електричних залізниць, трамвайних ліній та інших агрегатів.
Методи захисту від корозії металу
Основний спосіб захисту від корозії металу – це створення захисних покриттів– металевих, неметалевих чи хімічних.
Металеві покриття.
Металеве покриттянаноситься на метал, який потрібно захистити від корозії, шаром іншого металу, стійкого до корозії за тих же умов. Якщо металеве покриття виготовлено з металу з більш негативним потенціалом (активніший ) чим захищається, то воно називається анодним покриттям. Якщо металеве покриття виготовлено з металу з більш позитивним потенціалом(менш активний), ніж захищається, воно називається катодним покриттям.
Наприклад, при нанесенні шару цинку на залізо, при порушенні цілісності покриття, цинк виступає як анод і буде руйнуватися, а залізо захищене доти, доки не витрачено весь цинк. Цинкове покриття є в даному випадку анодним.
Катоднимпокриттям для захисту заліза може, наприклад, бути мідь або нікель. При порушенні цілісності такого покриття, руйнується метал, що захищається.
Неметалеві покриття.
Такі покриття можуть бути неорганічні (цементний розчин, склоподібна маса) та органічні (високомолекулярні сполуки, лаки, фарби, бітум).
Хімічні покриття.
У цьому випадку метал, що захищається, піддають хімічній обробці з метою утворення на поверхні плівки його з'єднання, стійкої до корозії. Сюди відносяться:
оксидування - Отримання стійких оксидних плівок (Al 2 O 3 , ZnO та ін);
фосфатування – одержання захисної плівки фосфатів (Fe 3 (PO 4) 2 , Mn 3 (PO 4) 2);
азотування - Поверхня металу (сталі) насичують азотом;
воронення сталі - Поверхня металу взаємодіє з органічними речовинами;
цементація - Отримання на поверхні металу його з'єднання з вуглецем.
Зміна складу технічного металутакож сприяє підвищенню стійкості металу до корозії. У цьому випадку метал вводять такі сполуки, які збільшують його корозійну стійкість.
Зміна складу корозійного середовища(Введення інгібіторів корозії або видалення домішок із навколишнього середовища) теж є засобом захисту металу від корозії.
Електрохімічний захистґрунтується на приєднанні захищається споруди катоду зовнішнього джерела постійного струму, внаслідок чого воно стає катодом. Анодом служить металевий брухт, який руйнується, захищає споруду від корозії.
Протекторний захист – один із видів електрохімічного захисту – полягає в наступному.
До спорудження, що захищається, приєднують пластини більш активного металу, який називається протектором. Протектор – метал з більш негативним потенціалом – є анодом, а споруда, що захищається, – катодом. З'єднання протектора і спорудження, що захищається, провідником струму, призводить до руйнування протектора.
КатегоріїЕлементи з металевимивластивостями розташовані в IA – VIAгрупах періодичної системи (табл. 7).
Металами є також всі елементи, розташовані в ІБ - VIIIБ‑групах ( перехідні метали).
В даний час у Періодичній системі 92 метали.
Типовимиметалами є sелементи (елементи IA-групи від Li до Fr, елементи IIA-групи від Mg до Ra). Загальна електронна формула їх атомів ns 1–2. Їх характерні ступеня окислення +I і +II відповідно.
Невелика кількість електронів (1–2) на зовнішньому енергетичному рівні атомів типових металів передбачає легку втрату цих електронів та прояв сильних відновлювальних властивостей, що відбивають низькі значення електронегативності. Звідси випливає обмеженість хімічних властивостей та способів одержання типових металів.
Характерною особливістю типових металів є прагнення їх атомів утворювати катіони та іонні хімічні зв'язки з атомами неметалів. Сполуки типових металів з неметалами – це іонні кристали «катіон металааніон неметалу», наприклад, К + Br ‑ , Са 2+ O 2‑ . Катіони типових металів входять також до складу сполук зі складними аніонами – гідроксидів та солей, наприклад Mg 2+ (OH ‑ ) 2 , (Li +) 2 CO 3 2‑ .
Метали А-груп, що утворюють діагональ амфотерності в Періодичній системі Be-Al-Ge-Sb-Po, а також метали, що примикають до них (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не виявляють типово металевих властивостей. Загальна електронна формула їх атомів ns 2 np 0-4передбачає більшу різноманітність ступенів окислення, більшу здатність утримувати власні електрони, поступове зниження їх відновлювальної здатності і поява окислювальної здатності, особливо у високих ступенях окислення (характерні приклади – сполуки Тl III, Pb IV, Bi v). Подібна хімічна поведінка характерна і для більшості d-елементів, тобто елементів Б-груп Періодичної системи (типові приклади – амфотерні елементи Cr та Zn).
Це прояв двоїстості (амфотерності) властивостей, одночасно металевих (основних) та неметалічних, обумовлено характером хімічного зв'язку. У твердому стані з'єднання нетипових металів з неметалами містять переважно ковалентні зв'язки (але менш міцні ніж зв'язки між неметалами). У розчині ці зв'язки легко розриваються, а сполуки дисоціюють на іони (повністю або частково). Наприклад, метал галій складається з молекул Ga 2 у твердому стані хлориди алюмінію та ртуті (II) AlCl 3 і HgCl 2 містять сильно ковалентні зв'язки, але в розчині AlCl 3 дисоціює майже повністю, a HgCl 2 – дуже мало (та й то на іони HgCl + і Cl -).
У вільному вигляді всі метали – тверді речовини, крім однієї – ртуті Hg, яка за звичайних умов є рідиною. У кристалах металів переважає особливий вид зв'язку ( металевазв'язок); валентні електрони слабо пов'язані з конкретним атомом у ґратах, і всередині металу існує так званий електроннийгаз. Всі метали мають високу електропровідність (найбільша y Ag, Cu, Аі, Al, Mg) і теплопровідність. Зустрічаються низькоплавкі метали (цезій Cs із температурою плавлення 28,7 °C плавиться від тепла руки) і, навпаки, дуже тугоплавкі (вольфрам W плавиться лише за 3387 °C). Відмінною властивістю металів служить їхня пластичність (ковкість), внаслідок чого вони можуть бути прокатані в тонкі листи – фольгу (Sn, Al, Au) або витягнуті в дріт (Cu, Al, Fe), проте зустрічаються і дуже тендітні метали (Zn, Sb , Bi).
У промисловості часто використовують не чисті метали, які суміші – сплави,у яких корисні властивості одного металу доповнюються корисними властивостями іншого. Так, мідь має невисоку твердість і малопридатна для виготовлення деталей машин, сплави ж міді з цинком ( латунь) є вже досить жорсткими і широко використовуються в машинобудуванні. Алюміній має високу пластичність і достатню легкість (малу щільність), але занадто м'який. На його основі готують сплав з магнієм, міддю та марганцем – дуралюмін (дюраль), який, не втрачаючи корисних властивостей алюмінію, набуває високої твердості та стає придатним в авіабудуванні. Сплави заліза з вуглецем (і добавками інших металів) – це широко відомі чавуні сталь.
Метали у вільному вигляді є відновниками. Однак реакційна здатність деяких металів невелика через те, що вони покриті поверхневою оксидною плівкою,різною мірою стійкою до дії таких хімічних реактивів, як вода, розчини кислот та лугів.
Наприклад, свинець завжди покритий оксидною плівкою, для його переходу в розчин потрібно не тільки вплив реактиву (наприклад, розведеної азотної кислоти), а й нагрівання. Оксидна плівка на алюмінії перешкоджає реакції з водою, але під дією кислот і лугів руйнується. Пухка оксидна плівка (іржа), що утворюється на поверхні заліза у вологому повітрі, не заважає подальшому окисленню заліза.
Під дією концентрованихкислот на металах утворюється стійкаоксидна плівка. Це явище називається пасивацією.Так, у концентрованій сірчаної кислотипасивуються (і після цього не реагують з кислотою) такі метали, як Be, Bi, Со, Fe, Mg і Nb, а концентрованої азотної кислоти– метали Al, Be, Bi, C, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th та U.
При взаємодії з окислювачами в кислих розчинах більшість металів переходить в катіони, заряд яких визначається стійким ступенем окислення даного елемента в сполуках (Na + Са 2+ Al 3+ Fe 2+ і Fe 3+).
Відновлювальна активність металів у кислому розчині передається рядом напруг. Більшість металів переводиться в розчин соляної та розведеної сірчаною кислотами, але Cu, Ag та Hg – лише сірчаною (концентрованою) та азотною кислотами, a Pt та Аі – «царською горілкою».
Небажаною хімічною властивістю металів є їх корозія, тобто активна руйнація (окислення) при контакті з водою та під впливом розчиненого в ній кисню (киснева корозія).Наприклад, широко відома корозія залізних виробів у воді, у результаті утворюється іржа, і вироби розсипаються на порошок.
Корозія металів протікає у воді також із-за присутності розчинених газів 2 і 2 ; створюється кислотне середовище, і катіони Н + витісняються активними металами у вигляді водню Н 2 (воднева корозія).
Особливо корозійно-небезпечним може бути місце контакту двох різнорідних металів (Контактна корозія).Між одним металом, наприклад Fe, та іншим металом, наприклад Sn або Cu, поміщеними у воду, виникає гальванічна пара. Потік електронів йде від активнішого металу, що стоїть ліворуч у ряді напруг (Fe), до менш активного металу (Sn, Cu), і більш активний метал руйнується (кородує).
Саме через це іржавіє луджена поверхня консервних банок (залізо, покрите оловом) при зберіганні у вологій атмосфері та недбалому поводженні з ними (залізо швидко руйнується після появи хоча б невеликої подряпини, що допускає контакт заліза з вологою). Навпаки, оцинкована поверхня залізного відра довго не іржавіє, оскільки навіть за наявності подряпин корродує не залізо, а цинк (активніший метал, ніж залізо).
Опір корозії для даного металу посилюється при його покритті активнішим металом або при їх сплавленні; так, покриття заліза хромом чи виготовлення сплаву заліза з хромом усуває корозію заліза. Хромоване залізо та сталь, що містить хром (нержавіюча сталь),мають високу корозійну стійкість.
Загальні способи отриманняметалів у промисловості:
електрометалургія,тобто одержання металів електролізом розплавів (для найбільш активних металів) або розчинів солей;
пірометалургія,тобто відновлення металів із руд при високій температурі (наприклад, отримання заліза в доменному процесі);
гідрометалургія,тобто виділення металів з розчинів їх солей активнішими металами (наприклад, отримання міді з розчину CuSO 4 дією цинку, заліза або алюмінію).
У природі іноді зустрічаються самородні метали(Характерні приклади – Ag, Au, Pt, Hg), але частіше метали знаходяться у вигляді сполук ( металеві руди).За поширеністю у земній корі метали різні: від найпоширеніших – Al, Na, Са, Fe, Mg, До, Ti до рідкісних – Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.
При взаємодії металів з речовинами довкілля з їхньої поверхні утворюються сполуки, які мають зовсім інші властивості, ніж самі метали. У звичайному житті ми часто повторюємо слова «іржа», «іржавіння», бачачи коричнево-жовтий наліт на виробах із заліза та його сплавах.
Іржавіння - це окремі випадки корозії.
Корозія - це процес мимовільного руйнування металів під впливом довкілля.
Однак руйнуванню піддаються практично всі метали, в результаті чого багато їхніх властивостей погіршуються (або зовсім губляться): зменшуються міцність, пластичність, блиск, знижується електропровідність, а також зростає тертя між деталями машин, що рухаються, змінюються розміри деталей і т. д.
За своєю хімічною природою корозія - це окисно-відновний процес. Залежно від середовища, в якому він протікає, розрізняють два види корозії.
Види корозії
1.Хімічна корозіявідбувається в середовищі, що не проводить електричний струм.
Такий вид корозії проявляється у разі взаємодії металів із сухими газами або рідинами-неелектролітами (бензином, гасом та ін.). Такому руйнуванню зазнають деталі та вузли двигунів, газових турбін, ракетних установок. Хімічна корозія часто спостерігається у процесі обробки металів за високих температур.
3 Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4
4 Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
Більшість металів окислюється киснем повітря, утворюючи на поверхні оксидні плівки. Якщо ця плівка міцна, щільна, добре пов'язана з металом, вона захищає метал від подальшого руйнування. Такі захисні плівки з'являються у Zn, AI, Сг, Ni, Sn, Pb, Nb, Та та ін У заліза вона пухка, пориста, легко відокремлюється від поверхні і тому не здатна захистити метал від подальшого руйнування.
ІІ. Електрохімічна корозіявідбувається в струмопровідному середовищі (в електроліті) із виникненням усередині системи електричного струму. Електрохімічної корозії піддаються підводні частини суден, парові казани, підземні трубопроводи, металеві конструкції, що у вологому повітрі. Як правило, метали та сплави неоднорідні, містять включення різних домішок. При контакті з електролітами одні ділянки поверхні починають виконувати роль анода (віддають електрони), інші - роль катода (беруть електрони).
Для захисту заліза від корозії застосовуються різні покриття: фарба, шар металу (олова, цинку). При цьому фарба та олово оберігають від корозії доти, доки захисний шар цілий. Поява в ньому тріщин і подряпин сприяє проникненню вологи та повітря до поверхні заліза, і процес корозії відновлюється, причому у разі олов'яного покриття він навіть пришвидшується, оскільки олово є катодом в електрохімічному процесі.
Оцинковане залізо поводиться інакше. Оскільки цинк виконує роль анода, його захисна функція зберігається і за порушення цинкового покриття. Катодний захист широко використовується для зменшення корозії підземних та підводних трубопроводів та сталевих опор високовольтних передач, нафтових платформ та причалів.
Кафедра «Хімія»
Новгородцева Л.В.
ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ
Хімічні властивості металів.
Корозія металів.
Лекція
Мультимедійна слайд-лекція
©ОмДТУ, 2014
Поширення металів у природі
МЕТАЛИ В ПРИРОДІ. Кларк.
Клааркове число (або кларки елементів, ще частіше говорятьпросто кларк елемента) - числа, що виражають середнє
вміст хімічних елементів у земній
кора, гідросфера, Земля, космічні
тілах, геохімічних або космохімічних системах та ін.
по відношенню до загальної маси цієї системи.
Виражається у % або г/кг.
Найбільш
поширені з
металів у земній
корі
Алюміній
Al –
8,45% (мас.)
Залізо
Fe -
4,4% (мас.)
Кальцій
Ca -
3,3% (мас.)
Натрій
Na -
2,6% (мас.)
Магній
Mg -
2,1% (мас.)
Титан
Ti -
0,61% (мас.)
Найбільш поширені поєднання металів у природі
З природних сполук металів найбільшеНайпоширенішими є оксиди.
Fe2O3 – гематит; Fe3O4 – магнітний залізняк, магнетит;
Cu2O - куприт; Al2O3 – корунд; TiO2 – рутил, анатаз, брукіт;
MnO2 – піролюзит; SnO2 - каситерит та ін.
Широко поширені сульфіди малоактивних
металів: NiS; CuS; ZnS; PbS; FeS2.
У вигляді галидів: - фторидів, хлоридів - зустрічаються лужні та
лужноземельні метали.
У вигляді карбонатів – легкі метали – Mg, Ca (CaCO3).
У вигляді сульфатів активні метали Na, Ca, Ba, Mg (Na2SO4).
Розчинні солі металів зустрічаються у воді океанів, морів, озер.
Одержання металів
Видобування металів із руд
Більшість металів знаходяться у природі у виглядіз'єднань з іншими елементами, переважно у вигляді руд.
У вільному стані (самородки)
зустрічаються золото та платина, а
срібло та мідь – частково; іноді
трапляється самородна ртуть
деякі інші метали.
Au та Pt видобувають за допомогою
механічного відділення від породи,
в якій вони укладені (наприклад
промиванням), або шляхом вилучення
їх із породи різними реагентами
з наступним виділенням з
розчину
ПІРОМЕТАЛУРГІЯ
Одержання металів із руд їхвідновленням при високих
температурах
Відновлювачі
Вуглець (кокс)
PbO + C = Pb + CO
Оксид вуглецю
(II)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Водень
MnO2 + 2H2 = Mn + 2H2O
гідротермія
Більш активний
метал
(металотермія)
Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3
алюмотермія
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
магнієтермія
карботермія
ГІДРОМЕТАЛУРГІЯ
Розчинення природногосполуки у вигляді водних
розчинів за допомогою різних
реагентів з наступним
виділенням металу з
розчину. Процес йде за
нормальних температурах.
Відновлювачі – активні
метали чи електрони
З руд золото витягують за допомогою ціаніду калію, а
потім відновлюють порошкоподібним цинком
2K + Zn → K2 + 2Au
Метал отримують у дрібнороздробленому стані
ЕЛЕКТРОМЕТАЛУРГІЯ
Електрометалургія – одержання металів із воднихрозчинів або розплавів за допомогою електричного струму
(Електролізом)
Електроліз водних розчинів: для одержання малоактивних металів
CuSO4 + H2O → Cu0 + H2SO4 + O2
Катод (-): Cu2+ + 2e- → Cu0
Анод (+): 2H2O - 4e- → O2 + 4Н+
Електроліз розплавів: для
отримання активних металів
2NaClрозплав→ 2Na0 + Cl20
Катод (-): Na+ + 1e- → Na0
Анод (+): 2Cl- - 2e- → Cl20
ФЛОТАЦІЙНИЙ МЕТОД
Флотація - метод заснований нарізної змочуваності поверхні
мінералу водою.
Приклад: руду, що складається з сірчистого металу та порожній
породи, подрібнюють, заливають водою, додаючи малополярне
органічна речовина (для утворення піни) та невелика
кількість реагенту «колектора», який адсорбується
поверхнею мінералу. Через суміш знизу пропускають струмінь
повітря. В результаті частинки мінералу із шаром молекул
«колектора» прилипають до бульбашок повітря, а частинки порожній
породи, змочені водою, опускаються на дно. Потім піну
збирають, віджимають та отримують руду з великим вмістом
металу.
МАГНІТНИЙ СПОСІБ
Магнітна сепарація застосовується для збагачення руд, що містятьмінерали з відносно високою магнітною сприйнятливістю. До них
відносяться магнетит, франклініт, ільменіт і пірротин, а також
деякі інші мінерали заліза, поверхні яких можуть бути
надано необхідних властивостей шляхом низькотемпературного випалу.
Сепарація проводиться як у водній,
так і в сухому середовищі. Суха сепарація
більше підходить для великих зерен,
мокра - для тонкозернистих пісків та
шламів. Звичайний магнітний сепаратор
являє собою пристрій, в якому
шар руди завтовшки в кілька зерен
переміщається безперервно в магнітному
поле. Магнітні частки витягуються
з потоку зерен стрічкою і збираються для
подальшої переробки; немагнітні
частинки залишаються у потоці.
Природа хімічного зв'язку у металах
ЗАГАЛЬНІ ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
Висока електропровідність, висока теплопровідність,пластичність, тобто. здатність піддаватися деформації при
нормальних і підвищених температурах, не руйнуючись.
Завдяки цій властивості метали
піддаються ковці, прокатці,
витягуванню в дроту (волоченню),
штампування.
Металам властиві
також металевий
блиск, обумовлений
їхньою здатністю
добре відбивати світло.
МЕТАЛИ. НАПІВПРОВІДНИКИ. ДІЕЛЕКТРИКИ. ЗОННА ТЕОРІЯ.
МЕТАЛЕВИЙ ЗВ'ЯЗОК
Здатність електронів вільно пересуватися кристаломі переносити енергію з однієї її частини до іншої служить
причиною високої тепло- та електропровідності металів
Валентні електрони, що здійснюють хімічний зв'язок,
належать не двом або декільком певним атомам,
а всьому кристалу металу. При цьому валентні електрони
здатні вільно переміщатися обсягом кристала.
Утворену таким чином
хімічний зв'язок називають
металевим зв'язком.
Сукупність «вільних»
електронів у металі електронним газом
Хімічні властивості металів
Стандартний водневий електрод
Для побудови чисельної шкали електроднихпотенціалів потрібно потенціал якогось електродного
процесу прийняти рівним нулю. Як зразок для
створення такої шкали прийнято електродний процес:
2Н+ +2е- = Н2
Водневий електрод
Платинова пластина,
електролітично покрита
губчастою платиною та занурена
в 1М розчин сірчаної кислоти,
через який барботується
газоподібний водень по
тиском 1 атмосфера.
На поверхні зіткнення
платини з розчином кислоти
встановлюється рівноважний
процес:
2Н+ +2е- ⇆ Н2
ЕЛЕКТРОХІМІЧНИЙ РЯД НАПРУГИ МЕТАЛІВ
Потенціал водневого електрода відтворюється з дуже високоюточністю. Тому водневий електрод і прийнятий як
зразка під час створення шкали електродних потенціалів.
Для визначення потенціалу того
або іншого електродного процесу
потрібно скласти гальванічний
елемент
з
випробуваного
і
стандартного
водневого
електрода та виміряти його ЕРС.
Оскільки потенціал стандартного
водневого електрода дорівнює нулю,
то
вимір
ЕРС
буде
представляти
собою
потенціал
електродний процес.
Таким чином отримують електрохімічний ряд напруги.
металів. Т.к. вимірювання проводять щодо водневого
електрода цей ряд називають водневою шкалою.
ВІДНОВЛЮВАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ. ЕНЕРГІЯ ІОНІЗАЦІЇ
Ослаблення відновлювальних властивостей, активностіЦей ряд називається електрохімічним рядом напруги.
металів. Енергія іонізації, визначається положенням
металу у періодичній системі. В електрохімічному
ряду напруги метал, що стоїть ліворуч, може витісняти
з розчинів або розплавів солей метал, що стоїть правіше.
Користуючись цим рядом, можна передбачити, як буде метал
поводитися в парі з іншим.
У електрохімічний ряд напруги включено також
водень. Це дозволяє зробити висновок про те, які
метали можуть витіснити водень із розчинів кислот.
Так, наприклад, залізо витісняє водень із розчинів
кислот, оскільки знаходиться ліворуч від нього;
мідь не витісняє водень, оскільки знаходиться правіше
його у ряді напруги металів.
АКТИВНІСТЬ МЕТАЛІВ У ВІДПОВІДНОСТІ З РЯДОМ НАПРУГИ МЕТАЛІВ
Li, K, Ba, Na, La, Mg, Lu, Be, Sc, Ti, Hf, Al, Zr, V, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd,Co, Mo, Sn, W, Pb, H
Ge, Sb, Bi, Cu, Re, Ag, Pd, Hg, Pt, Au.
Усі метали можна розділити на групи:
активні метали стоять у ряду активності перед Cd;
середньої активності - знаходяться в ряду від Cd до Н;
малоактивні метали стоять у ряду активності після Н.
ЗАГАЛЬНІ ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
Хімічні властивості металів визначаються:будовою їх атомів,
типом кристалічних ґрат.
Головна та найбільш загальна властивість металів – хороші
відновлювачі, тобто. легко віддають електрони:
Ме0 - ne-→ Меn+
На основі ряду стандартних електродних потенціалів
можна зробити висновок про хімічну активність металів
З солями активніший метал (стоящий ліворуч у ряду)
напруги металів) витісняє менш активний з його
солі: Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu
ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ. ВЗАЄМОДІЯ З ПРОСТИМИ РЕЧОВИНАМИ
МЕТАЛкисень
оксиди, пероксиди,
надпероксиди
галогени
фториди, хлориди,
броміди, йодиди
сірка
сульфіди
азот
нітриди
фосфор
фосфіди
водень
гідриди
вуглець
карбіди
кремній
силіциди
Взаємодія металів із водою
Взаємодія металів з водою з термодинамічної точки зору
Взаємодія металів з водою йде за реакцією:Ме0 + Н2О = МеОН + 1/2 H2
Ϥ0Red
Окислювач:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0Ох
Е = Ϥ0Ох - Ϥ0Red > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Red
Стандартний електродний потенціал іонів водню у воді
(РН = 7):
Ϥ0Ох = -0,59. рН = -0,41 В
Тому умову відновлення металу водою можна
записати у вигляді:
Ϥ0Red< -0,41 В
Тобто. з водою, витісняючи з неї водень, взаємодіють усі
метали, що стоять до Сd, стандартний електродний
потенціал яких нижче –0,41 В.
ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ВОДОЮ
Активні метали (метали від початку низки активності до Mg) зводою дають гідроксиди та водень:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Метали середньої активності (від Mg до Н2) дають оксиди та
водень (при нагріванні):
З гарячою водою реагують метали, що стоять у ряді від Mg до Cd:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Температура реакції t = 100 °С
Температура реакції t = 700 °С
Деякі з металів, розташовані
між Mg та Cd, наприклад, Zn, Al покриті захисними окисними
плівками (ZnO, Al2O3) і розчиняються у питній воді, тобто. метал не
активний (пасивний). Явище називається пасивацією металу.
Неактивні метали із водою не реагують.
Взаємодія металів із кислотами
ВЗАЄМОДІЯ З КИСЛОТАМИ
Розведені кислоти є окислювачами за рахунокводню
Відновник: Ме0 - ne-→ Меn+
Ϥ0Red
Окислювач:
2H+ + 2e- → H2
Ϥ0Ох = Ϥ0 2H+/H2 = 0
Е = Ϥ0Ох - Ϥ0Red > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Red
Ϥ0Red< 0 В
Mg0 + 2HСl → МgCl2 + H2
Метали, що знаходяться в ряді напруги металів до
водню витісняють його з кислот (виключення:
концентрована сірчана кислота, азотна кислота будь-який
концентрації).
ПАСИВАЦІЯ МЕТАЛІВ КИСЛОТАМИ
Іноді утворюються нерозчинні або малорозчинніпродукти, що гальмують реакцію.
Наприклад, свинець Pb не розчиняється в розведеній сірчаній
кислоті та соляної, т.к. утворюються PbSO4 і PbCl2, які не
розчиняються у воді та гальмують окислення.
Pb + 2HCl = PbCl2 + H2
Ефект пасивації через утворення захисної плівки на
поверхні, що призводить до уповільнення реакції,
спостерігаються в деяких інших металів.
Найчастіше продукти утворюються при взаємодії зі
наступними кислотами: H3PO4, H2SO3, H2CO3, HCN, HF.
ТАБЛИЦЯ РОЗТВОРНОСТІ
ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З КОНЦЕНТРОВАНОЮ СІРНОЮ КИСЛОТОЮ
У концентрованій сірчаній кислоті в ролі окислювачавиступає сірка в ступені окислення +6, що входить до
склад сульфат-іону SO42-.
Концентрована сірчана кислота окислює все
метали, стандартний електродний потенціал яких
менше 0,36 В, максимального значення електродного
потенціалу в електродних процесах за участю сульфатіону SO42-.
Концентрована сірчана кислота відновлюється до
наступних продуктів
H2S+6O4 (к) → S+4O2 → S0 → H2S2-
ВПЛИВ АКТИВНОСТІ МЕТАЛІВ ПРИ ВЗАЄМОДІЇ З КОНЦЕНТРОВАНОЮ СЕРНОЮ КИСЛОТОЮ
Активні метали реагують із кислотою, відновлюючи їїдо сірководню
5H2S6+O4(k) + 4Zn = 4ZnSO4 + H2S +4H2O
Малоактивні метали реагують із кислотою, відновлюючи
її до SO2
2H2S6+O4(k) + Cu0 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Концентрована сірчана кислота пасивує метали
середньої активності: Fe, Be, Cr, Co, Al. На поверхні
металу утворюються щільні плівки оксиду:
3H2SO4(k) +2Fe = Fe2O3 + 3H2O +3SO2
Метали Re, Mo, Tc, Ti, V взаємодіють відповідно до
рівнянням
2V +5H2SO4(k) =2HVO3+5SO2 + 4H2O
ОКИСЛЮВАЛЬНА ЗДАТНІСТЬ АЗОТНОЇ КИСЛОТИ
Кислотний залишок азотної кислоти (будь-якої концентрації)має високу окисну здатність.
В азотній кислоті в ролі окислювача виступає азот у
ступеня окиснення +5.
Відновлюється кислота до наступних продуктів:
HN5+O3 → N4+O2 → N2+O → N+2O → N20 → N3-H3
Ступінь відновлення зростає
Чим концентрована кислота тим глибше
вона відновлюється.
Характер продуктів реакції залежить як від концентрації
кислоти, так і від активності металу
ВАЖКІ МЕТАЛИ
Відомоблизько
сорока
різних
визначень
терміну важкі метали, і неможливо вказати на одне з
них як найбільш прийняте.
Використовуваним критерієм може бути атомна вага згори
50,
до важких металів відносять понад 40 металів
періодичної системи Д.І. Менделєєва: V, Cr, Mn, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi та ін.
Іншим часто використовуваним критерієм є щільність,
приблизно рівна або велика щільність заліза (8 г/см3),
класифікація Н. Реймерса: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn,
Bi, Hg.
Існують класифікації, засновані та на інших
значення порогової щільності або атомної ваги. Деякі
класифікації роблять винятки для шляхетних та
рідкісних металів, не відносячи їх до важких, деякі
виключають некольорові метали (залізо, марганець).
ВЗАЄМОДІЯ ТЯЖКИХ МЕТАЛІВ З АЗОТНОЮ КИСЛОТОЮ
У разі взаємодії важких металів зконцентрованою азотною кислотою найчастіше
виділяється оксид азоту (IV) NO2, з розведеної – оксид
азоту (ІІ) NO.
HNO3(розб) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
HNO3(Конц) + Cu0 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
У разі концентрованої азотної кислоти найчастіше
виділяється оксид азоту (IV) NO2, у разі розведеної –
оксид азоту (ІІ) NO.
ВЗАЄМОДІЯ лужних і лужно-земельних металів з азотною кислотою
Концентрована азотна кислота при взаємодії злужними (елементи 1 групи головної підгрупи: Li, Na,
K, Rb, Cs, Fr) та лужноземельними металами (елементи 2
групи головної підгрупи (крім Be, Mg): Ca, Sr, Ba, Ra)
відновлюється до оксиду азоту (I) N2O
HNO3(конц) + Ca0 → Ca+2(NO3)2 + N+2O + H2O
HNO3(розб) + Ca0 → N-3H4NO3 + Ca(NO3)2+ H2O
Розведена азотна кислота при взаємодії з
лужними, лужноземельними металами, Zn, Fe
відновлюється до нітрату амонію NH4NO3.
ВПЛИВ СТУПЕНЯ ОКИСЛЕННЯ МЕТАЛУ. ПАСИВАЦІЯ
Залежно від хімічної природи металу зазначено такізакономірності:
метали, у яких стійкий низький ступінь окислення,
утворюють відповідні іони:
Mg0 + HNO3 (розб) → Mg(NO3)2 + NO + H2O
метали (W, Ti, V, Re, Tc), для яких найбільш характерна
високий ступінь
кислоти:
окислення,
утворюються
кисневмісні
W0 + 2HNO3 (розб) → H2WO4 + NO
W0 + 6HNO3 (конц) → H2WO4 + 6NO2 + 2H2O
3Tc + 7HNO3 (розб) → 3HTcO4 +7NO + 2H2O
Азотна кислота будь-якої концентрації пасивує
метали: Fe, Cr, Al, Be, Bi, Ni на холоді.
Окислювальна здатність азотної кислоти посилюється
додаванням до неї фтороводородної
або хлороводневої кислоти.
Ці суміші розчиняють малоактивні метали.
21HF + 5HN+5O3 + Ta → 3H2-2 + 5NO + 10H2O
«Царська горілка» – суміш
концентрованих кислот HNO3
та HCl у співвідношенні 1:3.
Уявляє собою рідину
жовтого кольору із запахом хлору та
оксидів азоту
ВЗАЄМОДІЯ З СУМІШЯМИ КИСЛОТ
«Царська горілка» розчиняє золото та платину. Дія їїпояснюється тим, що азотна кислота окислює соляну
з
виділенням вільного хлору та утворенням хлористого
нітрозилу N+3OCl:
HN+5O3 + 3HCl = Cl2 + N+3OCl + 2H2O
Хлористий нітрозил є проміжним продуктом реакції та
розкладається:
2N+3OCl = 2NO + Cl2
Хлор у момент виділення складається з атомів, що й зумовлює
Високу окисну здатність царської горілки.
Au+ HN+5O3 + 3HCl → AuCl3 + NO + 2H2O
3Pt+ 4HN+5O3 + 12HCl →3PtCl3 + 4NO + 8H2O
З надлишком HCl хлорид золота (III) та хлорид платини (IV)
утворюють комплексні сполуки H та H2
Au+ HN+5O3 + 4HCl → H + NO + 2H2O
Взаємодія металів із водними розчинами лугів
ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ВОДНИМИ РОЗЧИНАМИ луг
З розчинами лугів взаємодіють металисхильні до освіти аніонних комплексів, тобто. ті
метали, у яких оксиди та гідроксиди мають
амфотерний характер:
Це амфотерні метали Zn, Al, Be, Ga, Sn, Pb.
Механізм перебігу реакції (окислення йде
за рахунок молекул води):
Zn +2 H2O = Zn(OH)2↓ + H2
Zn(OH)2↓ +2 NaOH = Na2-2.
СТІЙКІСТЬ АНІОННИХ КОМПЛЕКСІВ
Чим стійкішими комплексні аніони типу [Е(ОН)n]x-,тим легше йде реакція. Помічено, що такі аніони
найбільш
стійкі
у
таких
металів
як
цинк,
алюміній, берилій, тому вони легко розчиняються
у водних розчинах лугів. Для заліза, кобальту,
титану,
марганцю
комплекси
повільно.
не
і
ряду
стійкі
інших
і
металів
взаємодія
такі
йде
ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ВИСОКИМИ СТУПЕНЯМИ ОКИСЛЕННЯ З ВОДНИМИ РОЗЧИНАМИ лугів
Взаємодіють з лугами деякі d-елементи,які у присутності окислювачів утворюють сполуки з
високими ступенями окиснення. Ванадій, вольфрам, хром,
наприклад,
в
розплавлених
лугах
окислюються
киснем у ванати – Me3VO4, у вольфрамати – Me2WO4
і хромати – Me2СrO4, відповідно:
2W + 4NaOH + 3O2 = 2Na2WO4 + 2 H2O
Розчин алюмінію у водному розчині луги
Алюміній із водою не взаємодіє, хоча є активнимметалом. Причиною інертності алюмінію є утворення
на його поверхні під дією кисню повітря у звичайних
умовах оксидної плівки Al2O3, що володіє дуже сильним
захисною дією. Доданий луг розчиняє оксидну
плівку з утворенням гідроксоалюмінату та створює можливість
безпосередньої взаємодії алюмінію із водою.
Реакція йде за схемою:
1.Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na
2. 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
3. Al(OH)3 + NaOH → Na
Корозія металів
КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ.
Корозія – цемимоволі
протікаючий
процес руйнування
металу в
результаті
взаємодії з
довкіллям.
МАТЕРІАЛЬНІ ВТРАТИ.
Матеріальні втрати прикорозії:
Руйнування трубопроводів,
металевих частин машин,
корпусів суден, морських
споруд (понад 10 %
щорічної виплавки металів
губиться через корозію).
Вартість втраченого
продукту через
прокородовану систему
труб.
Простои підприємств на
період заміни
металевих конструкцій
корозії.
МЕХАНІЗМ ПРОЦЕСУ КОРОЗІЇ.
Процес йде з виділенням енергії та розсіювання речовини(Ентропія системи зростає ∆S > 0).
Одержання металів у чистому вигляді завжди супроводжується
витратою енергії.
Ця енергія накопичується в них як вільна енергія
Гіббса і робить їх хімічно активними речовинами.
Металургійний процес:
_
Корозійний процес:
_
Меn+ + ne → Me0
Me0 - ne → Меn+
∆G0х.р. >0
∆G0х.р.< 0
(Йде з витратою енергії)
(мимовільний процес)
КЛАСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ КОРОЗІЇ.
КОРОЗІЯ МЕТАЛІВХімічна корозія металів
СУТНІСТЬ ХІМІЧНОЇ КОРОЗІЇ.
Хімічна корозія характерна для середовищ, які не проводятьелектричний струм.
Сутність процесу хімічної корозії зводиться до
окисно-відновним
реакцій,
причому
спостерігається безпосередній перехід електронів металу
на окислювач.
Вона є мимовільною руйнацією
металів у середовищі окисного газу (O2, SO2, H2S,
галогени) або рідких неелектролітах (органічні
рідини – сірчиста нафта).
ХІМІЧНА КОРОЗІЯ У ГАЗОВОМУ СЕРЕДОВИЩІ
Загалом для газової корозії:1.2Ме0 (т) + О2 (г) ⇄ 2 Ме+2О (т)
Утворення оксиду на поверхні металу
внаслідок взаємодії з киснем повітря.
2. МеО (т) → [МеО] (р)
Розчинення оксидної плівки в самому металі,
рівновага буде зрушено праворуч, т.к. оксиди більшості
металів здатні розчинятися в металі та йти з
системи рівноваги.
Механізм такої корозії зводиться до дифузії іонів
металу крізь плівку продуктів корозії з одного боку,
та з іншого боку зустрічної дифузії атомів кисню
углиб плівки.
ПРИКЛАД ХІМІЧНОЇ КОРОЗІЇ У РІДКОМУ СЕРЕДОВИЩІ.
ШВИДКІСТЬ ОКИСЛЕННЯ
Визначається властивостями оксидної плівки наповерхні металу:
суцільність плівки;
дифузійна здатність плівки;
будова оксидної плівки.
Суцільність плівки () оцінюється відношенням обсягу
оксиду, що утворився, до обсягу металу,
витраченого на утворення цього оксиду (фактор
Піллінга-Бедвордса)
Значення для
металів наведено у довідниках.
СПЛОШНІСТЬ ПЛІВКИ
Якщо< 1, то образующаяся пленка не сплошная. Толщина
оксидної плівки зростає пропорційно до часу окислення.
З підвищенням температури процес корозії різко
прискорюється через погане відведення тепла, йде розігрів металу
та швидкість реакції зростає.
Якщо
= 1,2 – 1,6, то оксидна плівка, що утворюється
Суцільна. Така плівка гальмує дифузію окислювача. І по
мірою потовщення плівки її подальше зростання весь час буде
сповільнюватися. Суцільні плівки утворюються на поверхні
таких металів як Со, Ni, Mn, Ti.
При
> 1,6 оксидні плівки
також не суцільні та легко
відокремлюються
від
поверхні
металу (залізна окалина)
ВОРОНЕННЯ СТАЛИ
Воронеа́ніясталі (оксидування, чорніння,
синіння) -
процес
отримання
на
поверхні
вуглецевої
або
низьколегованої сталі або чавуну шару
оксидів
заліза завтовшки 1-10 мкм. Від товщини цього шару залежить його
колір - так звані кольори втечі, що змінюють друг
друга в міру зростання плівки (жовтий, бурий, вишневий,
фіолетовий, синій, сірий).
Структура покриття дрібнокристалічна,
мікропориста. Для надання блиску, а також
покращення захисних властивостей окисної плівки
її також просочують олією (мінеральною
або рослинним).
Зараз вороніння застосовується
переважно як декоративна
обробки, а раніше - в основному - для
зменшення корозії металу.
ВПЛИВ БУДУВАННЯ ОКСИДНОЇ ПЛІВКИ НА ШВИДКІСТЬ КОРОЗІЇ
Для металів із змінним ступенем окислення будоваплівки по товщині буде різне, так, наприклад, при
воронення сталі утворюються такі оксидні шари:
Fe|дифузний шар|FeO|дифузний шар|Fe3O4
Така будова оксидної плівки
забезпечує міцний зв'язок
оксидного шару з поверхнею
металу.
Експериментально доведено, що
оксидні плівки зі структурою
шпинелі RO.R2O3 (FeO.Cr2O3 або
NiO.Cr2O3) служать надійною
захист від корозії.
КІЛЬКІСНА ОЦІНКА ШВИДКОСТІ КОРОЗІЇ
Кількісно швидкість будь-якого виду корозії вимірюється водиницях маси втраченого металу (∆m) з одиниці
площі (S) в одиницю часу (t):
Швидкість корозії може вимірюватися і завтовшки шару
втраченого металу за одиницю часу.
Для визначення швидкості корозії використовують вагові,
об'ємні та фізичні методи.
АГРЕСИВНІ СЕРЕДОВИЩА І СТІЙКІСТЬ РІЗНИХ МЕТАЛІВ
Крім кисню сильну агресивну властивість маютьта інші гази. Найбільш активними є фтор (F),
діоксид сірки (SO2), хлор (Cl2), сірководень (Н2S). Їх
агресивність по відношенню до металів, а отже і
швидкість корозій, однакова.
Наприклад, алюміній та його сплави,
хром та сталі з високим вмістом
хрому, нестійкі в атмосфері,
містить
хлор,
хоча
по
відношенню
до
кисню
вони
стійкі.
Нікель не стійкий у атмосфері
діоксиду сірки (SO2), а мідь цілком
стійка.
Електрохімічна корозія металів
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА КОРОЗІЯ
Електрохімічна корозія характерна для середовищіонну провідність, тобто. для електролітів
У цьому випадку реакція взаємодії металу з
окислювачем протікає у кілька стадій:
1. Анодне
окислення
металу.
Метал у вигляді іонів переходить у
розчин,
а
еквівалентне
кількість електронів залишається в
_
металі: Me0 - ne → Меn+
2. Катодний процес – асиміляція
(утримування)
надлишкових
електронів у металі.
3. Рух іонів у розчині.
УМОВИ, що сприяють електрохімічній корозії
Положення металу серед активності металів: чимдалі розташовані один від одного, тим швидше
відбувається корозія.
Чистота металу: домішки пришвидшують корозію.
Нерівності поверхні металу, тріщини.
Грунтові води, морська вода, розчин електроліту
(іони: Н+, Сl-, Br-, I-, для амфотерних металів ОН-).
Підвищення температури.
Дія
мікроорганізмів
(грибів,
бактерій,
лишайників): впливають на метали з високою
корозійною стійкістю.
МЕХАНІЗМ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОЇ КОРОЗІЇ. АНОДНИЙ ПРОЦЕС.
Механізмелектрохімічної
корозії
визначається
різницею потенціалів катодних та анодних ділянок та
зводиться до роботи газового електричного елемента.
Основною відмінністю процесів електрохімічної корозії
від процесів гальванічним елементом є відсутність
зовнішнього кола. Електрони в цьому випадку не виходять із
корродуючого металу, а рухаються усередині металу.
Оскільки будь-який метал завжди містить домішки інших
металів, то на його поверхні в середовищі електроліту
утворюється багато короткозамкнених мікрогальванічних
елементів.
Анодом у них буде основний метал, який окислюється по
_
реакції: Me0 - ne → Меn+
КАТОДНИЙ ПРОЦЕС ДЕПОЛЯРИЗАЦІЇ.
Катодний процес, найчастіше, йде з кисневою абоводневою деполяризацією.
Деполяризатор – це речовина, що утримує електрони.
Киснева деполяризація відбувається за участю
розчиненого кисню, який є
деполяризатором:
при
: О2 + 2Н2О + 4е- → 4ОНпрі
: О2 + 2Н+ + 4е- → 2Н2О
Воднева деполяризація відбувається за участю катіонів
водню середовища (деполяризатор – водень):
при
: 2Н+ + 2е- → Н20
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА КОРОЗІЯ
Анод (-) Fe / О2, Н2О, NaCl / Sn (+) КатодA: Fe
0
_
- 2e → Fe
2+
_
СХЕМА КОРОЗІЙНОЇ МІКРОГАЛЬВАНОПАРИ ПРИ КОНТАКТІ Zn - Cu
Анод (-) Zn / середа / Су (+) КатодАнод (-) Zn/О2, Н2О, NaCl/Сu(+) Катод
Zn
0
_
- 2e → Zn
2+
_
О2 + 2Н2О + 4е → 4ОНкиснева деполяризація
Анод (-) Zn / Н2SO4 / Су (+) Катод
_
2Н+ + 2е → Н20
воднева деполяризація
СХЕМА МІКРОГАЛЬВАНОПАРИ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОЇ КОРОЗІЇ ПРИ КОНТАКТІ ЗАЛІЗУ ЦИНКУ
Анод (-) Zn/О2, Н2О, NaCl/Fe(+) КатодАЕРАЦІЙНА КОРОЗІЯ
Процеси окислення та відновлення йдуть на різнихділянках поверхні металу та супроводжуються появою
електричний струм.
При неоднаковому доступі кисню
до
поверхні
металу
на
ній
виникають
гальванічна
пара
особливого
роду:
ділянку
більше
адсорбуючий кисень є
катодом, а менш адсорбуючий
анодом.
Внаслідок
сферичній
сплющеності краплі води кільцева
зона під її краями виявиться катодом,
а під центральною частиною – анодом.
Анод (-) Fe (центр) / О2, Н2О, NaCl / Fe (край) (+) Катод
А: Fe2+ + K3 = 3K+ + Fe2+
гексаціаноферрат (III) калію
«турнбулева синь»
ПАСИВАЦІЯ МЕТАЛІВ ПРИ КОРОЗІЯ
Іноді швидкість корозії може лімітуватись аноднимпроцесом. Це характерно для металів, здатних
пасивуватися (Cr, Al, Ti, Ni, Zr, Ta та ін.)
Пасивність металу називається
стан його підвищеної
корозійної стійкості,
викликане гальмуванням
анодного процесу.
Пасивування пов'язане з утворенням на поверхні
металу адсорбованих або фазових шарів (іноді тих і
інших), що гальмують процес розчинення металу.
Сильні окислювачі зазвичай сприяють пасивуванню
металу.
∆G = -nFE< 0
Е = Ϥ0Ох - Ϥ0Red > 0
Ϥ0Ох > Ϥ0Red
Ϥ0Ох > Ϥ0Me+n/Me0
УМОВИ ПРОТЕКАННЯ КОРОЗІЇ З КИСНЕВОЇ ТА ВОДОРОДНОЇ ДЕПОЛЯРИЗАЦІЇ
Якщо E0Me+n/Me0< E0Н+/Н2 меньше потенциала водородногоелектрода (область 1), можлива корозія та з поглинанням
кисню, і з виділенням водню (лужні та лужноземельні метали, цинк, алюміній)
Якщо E0Me+n/Me0 менше потенціалу кисневого електрода,
але більше потенціалу водневого електрода (область 2),
тоді корозія можлива лише з участю кисню.
_
E0Н+/Н2< E0Me+n/Me0 < E0О2/ОН-
А (-): Ме0 - ne → Me+n
_
К (+): О2 + 2Н2О + 4е → 4ОН-
УМОВИ ПРОТЕКАННЯ КОРОЗІЇ З КИСНЕВОЇ ТА ВОДОРОДНОЇ ДЕПОЛЯРИЗАЦІЇ
Якщо E0Me+n/Me0 > E0О2/ОН- потенціалу кисневого електрода(область 3), то корозія металу неможлива.
Приклад: золото - без комплексоутворювача не
корродує із поглинанням кисню або виділенням
водню.
Потенціали багатьох металів лежать у другій області.
Методи захисту металів від корозії
МЕТОДИ ЗАХИСТУ МЕТАЛІВ ВІД КОРОЗІЇ
Усі методи захисту умовно поділяються на такі групи:1.Легування металів;
2.Захисні покриття (металеві та неметалічні);
3.Електрохімічний захист;
4.Зміна властивостей корозійного середовища.
Вибір того чи іншого способу захисту від корозії
визначається:
з одного боку його ефективністю,
з іншого боку, його економічною доцільністю.
ЛЕГУВАННЯ МЕТАЛІВ
Це метод захисту, пов'язаний ззміною властивостей кородируючого
металу. Ефективний, хоча зазвичай
дорогий спосіб захисту. При
легуванні до складу сплаву зазвичай
вводять компоненти, що викликають
пасивування металу (введення
хрому, нікелю, вольфраму і т.д.)
Для жаростійких сплавів легуючими
добавками є хром, алюміній,
нікель, кремній – вони покращують властивості
захисних плівок, що утворюються при
окиснення металів.
ЗАХИСНІ ПОКРИТТЯ. МЕТАЛЕВІ ПОКРИТТЯ
Захисні покриття - це шари, що штучно створюютьсяна поверхні металу для запобігання корозії.
Металеві покриття
Матеріалами для покриття можуть
бути як чисті метали (Zn, Cd,
Al, Ni, Cu, Cr, Ag), так і їх сплави
(бронза, латунь).
За характером поведінки ці
покриття діляться
на катодні та анодні
КАТОДНІ МЕТАЛЕВІ ПОКРИТТЯ
До катодних покриттів відносяться покриття, електродні.потенціали яких у цьому середовищі мають більше
позитивне значення, ніж потенціал основного металу.
Для сталі (Fe) катодним покриттям буде мідне,
нікелеве, срібне.
Анод (-) Fe/О2, Н2О, NaCl/Сu(+) Катод
_
A: Fe 0 - 2e → Fe 2+
_
К: О2 + 2Н2О + 4е → 4ОН-
При пошкодженні катодного
покриття виникає
киснева деполяризація
гальванічний елемент в
_
+
0
2Н + 2е → Н2
якому йде окислення
воднева деполяризація
основного матеріалу
Отже, катодне покриття може захищати вироби
лише за відсутності пір і тріщин, тобто. коли не порушена
цілісність покриття.
АНОДНІ МЕТАЛЕВІ ПОКРИТТЯ
Анодні покриття мають більш негативний потенціал,чим потенціал основного металу
Наприклад: покриття
сталі (Fe) цинком – основний метал у цьому випадку буде
катодом і кородувати не буде.
Анод (-) Zn/О2, Н2О, NaCl/Fe(+) Катод
_
A: Zn 0 - 2e → Zn 2+
_
К: О2 + 2Н2О + 4е → 4ОН киснева деполяризація
_
2Н+ + 2е → Н20
воднева деполяризація
При
пошкодження
анодного
покриття
виникає
гальванічний елемент у якому йде окислення
покриття, а основний матеріал залишається без зміни до
повного розчинення покриття.
СПОСОБИ ОТРИМАННЯ МЕТАЛЕВИХ ЗАХИСНИХ ПОКРИТТІВ
Електрохімічні (гальванічні покриття).Металізація (Занурення у розплавлений метал).
Термодифузійний
спосіб
(для
отримання
жаростійких покриттів: Al – алітування, Si –
силікування, Cr - хромування, Ti - титанування).
При підвищеній температурі виріб занурюють у
порошок
металу,
Котрий
є
покриттям.
Відбувається дифузія металу, що наноситься в основний
метал.
Хімічний.
Виріб
поміщають
в
розчин,
містить іони металу-покриття та відновник. У
результаті
окисно-відновної
реакції
йде відновлення іонів металу до вільного
металу. Таким чином на метали та неметали наносять
покриття зі срібла, міді, нікелю та паладію.
НЕМЕТАЛІЧНІ ПОКРИТТЯ
Захисні властивості неметалічних покриттів зводяться доізоляції металу від довкілля.
Як такі покриття можуть
бути:
неорганічні емалі,
лакофарбові покриття,
покриття смолами,
пластмасами,
полімерними плівками,
гумою.
ЕЛЕКТРОХІМІЧНИЙ ЗАХИСТ. ПРОТЕКТОРИ
Метод заснований на гальмуванні анодних чи катоднихкорозійних процесів.
Катодний захист – виріб підключається до (-) зовнішнього
джерела струму, воно стає катодом, а анодом зазвичай
служить допоміжний електрод (найчастіше сталевий).
Якщо допоміжний анод виготовлений із металу,
має
більше
негативний
потенціал,
чим
метал, що захищається, тоді струм не підключають. У
отриманому гальванічному елементі розчиняється анод, а
виріб не піддається корозії.
Такі електроди називаються протекторами (магній та його
метали, цинк, алюміній).
Анодний захист – полягає у створенні анодної поляризації
за рахунок прикладеного ззовні струму (захист нержавіючий
сталі у сірчаній кислоті).
ЗМІНА ВЛАСТИВОСТЕЙ КОРОЗІЙНОГО СЕРЕДОВИЩА
Зметою
зниження
корозійної
активності
середи
проводять її опрацювання.
Наприклад:
видалення
кисню
(кип'ятіння
розчину;
барботаж інертним газом; відновлення його за допомогою
відповідних відновників – сульфіти, гідразин);
зниження концентрації іонів Н+
- підлужуванням
розчину
В останні роки для захисту від корозії широко
застосовують інгібітори.
ІНГІБІТОРИ
Інгібітором – називається речовина, що знижує швидкістькорозії.
Інгібітори використовуються в системах, що працюють з
постійним або малозмінним обсягом.
Найбільш чітко інгібуюча дія виражена у
наступних типів сполук: аміни, азотовмісні
гетероциклічні сполуки, сульфіди, альдегіди,
меркаптани.
За умов застосування інгібітори поділяються на:
інгібітори для водних розчинів (кислотні, лужні
і для нейтрального середовища);
«летючі інгібітори» - для захисту від атмосферної
корозії (сполуки амінів з азотистою, вугільною або
хромовою кислотами.)
МЕХАНІЗМ ДІЇ ІНГІБІТОРІВ
Механізм дії інгібіторів полягає в адсорбціїїх на поверхні, що корродує, і подальшому
гальмуванні катодних та анодних процесів.
Анодні інгібітори-окислювачі (NO2-, NO3-, CrO42-, PO43-).
Метал при цьому переходить у стійке пасивне
стан.
Катодні інгібітори - знижують швидкість катодного
процесу або скорочують площу катодних ділянок.
Належать органічні речовини, що містять сірку, азот і
кисень (діетиламін, уротропін, гідразин).
Елементи з металевимивластивостями розташовані в IA – VIAгрупах періодичної системи (табл. 7).
Металами є також всі елементи, розташовані в ІБ - VIIIБ‑групах ( перехідні метали).
В даний час у Періодичній системі 92 метали.
Типовимиметалами є sелементи (елементи IA-групи від Li до Fr, елементи IIA-групи від Mg до Ra). Загальна електронна формула їх атомів ns 1–2. Їх характерні ступеня окислення +I і +II відповідно.
Невелика кількість електронів (1–2) на зовнішньому енергетичному рівні атомів типових металів передбачає легку втрату цих електронів та прояв сильних відновлювальних властивостей, що відбивають низькі значення електронегативності. Звідси випливає обмеженість хімічних властивостей та способів одержання типових металів.
Характерною особливістю типових металів є прагнення їх атомів утворювати катіони та іонні хімічні зв'язки з атомами неметалів. Сполуки типових металів з неметалами – це іонні кристали «катіон металааніон неметалу», наприклад, К + Br ‑ , Са 2+ O 2‑ . Катіони типових металів входять також до складу сполук зі складними аніонами – гідроксидів та солей, наприклад Mg 2+ (OH ‑ ) 2 , (Li +) 2 CO 3 2‑ .
Метали А-груп, що утворюють діагональ амфотерності в Періодичній системі Be-Al-Ge-Sb-Po, а також метали, що примикають до них (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не виявляють типово металевих властивостей. Загальна електронна формула їх атомів ns 2 np 0-4передбачає більшу різноманітність ступенів окислення, більшу здатність утримувати власні електрони, поступове зниження їх відновлювальної здатності і поява окислювальної здатності, особливо у високих ступенях окислення (характерні приклади – сполуки Тl III, Pb IV, Bi v). Подібна хімічна поведінка характерна і для більшості d-елементів, тобто елементів Б-груп Періодичної системи (типові приклади – амфотерні елементи Cr та Zn).
Це прояв двоїстості (амфотерності) властивостей, одночасно металевих (основних) та неметалічних, обумовлено характером хімічного зв'язку. У твердому стані з'єднання нетипових металів з неметалами містять переважно ковалентні зв'язки (але менш міцні ніж зв'язки між неметалами). У розчині ці зв'язки легко розриваються, а сполуки дисоціюють на іони (повністю або частково). Наприклад, метал галій складається з молекул Ga 2 у твердому стані хлориди алюмінію та ртуті (II) AlCl 3 і HgCl 2 містять сильно ковалентні зв'язки, але в розчині AlCl 3 дисоціює майже повністю, a HgCl 2 – дуже мало (та й то на іони HgCl + і Cl -).
У вільному вигляді всі метали – тверді речовини, крім однієї – ртуті Hg, яка за звичайних умов є рідиною. У кристалах металів переважає особливий вид зв'язку ( металевазв'язок); валентні електрони слабо пов'язані з конкретним атомом у ґратах, і всередині металу існує так званий електроннийгаз. Всі метали мають високу електропровідність (найбільша y Ag, Cu, Аі, Al, Mg) і теплопровідність. Зустрічаються низькоплавкі метали (цезій Cs із температурою плавлення 28,7 °C плавиться від тепла руки) і, навпаки, дуже тугоплавкі (вольфрам W плавиться лише за 3387 °C). Відмінною властивістю металів служить їхня пластичність (ковкість), внаслідок чого вони можуть бути прокатані в тонкі листи – фольгу (Sn, Al, Au) або витягнуті в дріт (Cu, Al, Fe), проте зустрічаються і дуже тендітні метали (Zn, Sb , Bi).
У промисловості часто використовують не чисті метали, які суміші – сплави,у яких корисні властивості одного металу доповнюються корисними властивостями іншого. Так, мідь має невисоку твердість і малопридатна для виготовлення деталей машин, сплави ж міді з цинком ( латунь) є вже досить жорсткими і широко використовуються в машинобудуванні. Алюміній має високу пластичність і достатню легкість (малу щільність), але занадто м'який. На його основі готують сплав з магнієм, міддю та марганцем – дуралюмін (дюраль), який, не втрачаючи корисних властивостей алюмінію, набуває високої твердості та стає придатним в авіабудуванні. Сплави заліза з вуглецем (і добавками інших металів) – це широко відомі чавуні сталь.
Метали у вільному вигляді є відновниками. Однак реакційна здатність деяких металів невелика через те, що вони покриті поверхневою оксидною плівкою,різною мірою стійкою до дії таких хімічних реактивів, як вода, розчини кислот та лугів.
Наприклад, свинець завжди покритий оксидною плівкою, для його переходу в розчин потрібно не тільки вплив реактиву (наприклад, розведеної азотної кислоти), а й нагрівання. Оксидна плівка на алюмінії перешкоджає реакції з водою, але під дією кислот і лугів руйнується. Пухка оксидна плівка (іржа), що утворюється на поверхні заліза у вологому повітрі, не заважає подальшому окисленню заліза.
Під дією концентрованихкислот на металах утворюється стійкаоксидна плівка. Це явище називається пасивацією.Так, у концентрованій сірчаної кислотипасивуються (і після цього не реагують з кислотою) такі метали, як Be, Bi, Со, Fe, Mg і Nb, а концентрованої азотної кислоти– метали Al, Be, Bi, C, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th та U.
При взаємодії з окислювачами в кислих розчинах більшість металів переходить в катіони, заряд яких визначається стійким ступенем окислення даного елемента в сполуках (Na + Са 2+ Al 3+ Fe 2+ і Fe 3+).
Відновлювальна активність металів у кислому розчині передається рядом напруг. Більшість металів переводиться в розчин соляної та розведеної сірчаною кислотами, але Cu, Ag та Hg – лише сірчаною (концентрованою) та азотною кислотами, a Pt та Аі – «царською горілкою».
Небажаною хімічною властивістю металів є їх корозія, тобто активна руйнація (окислення) при контакті з водою та під впливом розчиненого в ній кисню (киснева корозія).Наприклад, широко відома корозія залізних виробів у воді, у результаті утворюється іржа, і вироби розсипаються на порошок.
Корозія металів протікає у воді також із-за присутності розчинених газів 2 і 2 ; створюється кислотне середовище, і катіони Н + витісняються активними металами у вигляді водню Н 2 (воднева корозія).
Особливо корозійно-небезпечним може бути місце контакту двох різнорідних металів (Контактна корозія).Між одним металом, наприклад Fe, та іншим металом, наприклад Sn або Cu, поміщеними у воду, виникає гальванічна пара. Потік електронів йде від активнішого металу, що стоїть ліворуч у ряді напруг (Fe), до менш активного металу (Sn, Cu), і більш активний метал руйнується (кородує).
Саме через це іржавіє луджена поверхня консервних банок (залізо, покрите оловом) при зберіганні у вологій атмосфері та недбалому поводженні з ними (залізо швидко руйнується після появи хоча б невеликої подряпини, що допускає контакт заліза з вологою). Навпаки, оцинкована поверхня залізного відра довго не іржавіє, оскільки навіть за наявності подряпин корродує не залізо, а цинк (активніший метал, ніж залізо).
Опір корозії для даного металу посилюється при його покритті активнішим металом або при їх сплавленні; так, покриття заліза хромом чи виготовлення сплаву заліза з хромом усуває корозію заліза. Хромоване залізо та сталь, що містить хром (нержавіюча сталь),мають високу корозійну стійкість.
Загальні способи отриманняметалів у промисловості:
електрометалургія,тобто одержання металів електролізом розплавів (для найбільш активних металів) або розчинів солей;
пірометалургія,тобто відновлення металів із руд при високій температурі (наприклад, отримання заліза в доменному процесі);
гідрометалургія,тобто виділення металів з розчинів їх солей активнішими металами (наприклад, отримання міді з розчину CuSO 4 дією цинку, заліза або алюмінію).
У природі іноді зустрічаються самородні метали(Характерні приклади – Ag, Au, Pt, Hg), але частіше метали знаходяться у вигляді сполук ( металеві руди).За поширеністю у земній корі метали різні: від найпоширеніших – Al, Na, Са, Fe, Mg, До, Ti до рідкісних – Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.
Що робитимемо з отриманим матеріалом:
Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:
Твітнути |
Всі теми цього розділу:
Поширені елементи. будова атомів. Електронні оболонки. Орбіталі
Хімічний елемент – певний вид атомів, що позначається назвою та символом і характеризується порядковим номером та відносною атомною масою. У табл. 1 суперечки
У кожній орбіталі може розміститися не більше двох електронів
Один електрон на орбіталі називається неспареним, два електрони - електронною парою:
Властивості елементів знаходяться в періодичній залежності від порядкового номера
Характер зміни складу електронної оболонки атомів елементів, що періодично повторюється, пояснює періодичну зміну властивостей елементів при русі за періодами і групами Пе
Молекули. Хімічний зв'язок. Будова речовин
Хімічні частинки, утворені з двох або кількох атомів, називаються молекулами (реальними або умовними формульними одиницями багатоатомних речовин). Атоми в мол
Кальцій
Кальцій – елемент 4-го періоду та IIA-групи Періодичної системи, порядковий номер 2O. Електронна формула атома 4s2, ступеня окислений
Алюміній
Алюміній – елемент 3-го періоду та IIIA-групи Періодичної системи, порядковий номер 13. Електронна формула атома 3s23p1,
Марганець
Марганець – елемент 4-го періоду та VIIB-групи Періодичної системи, порядковий номер 25. Електронна формула атома 3d54s2;
Водень
Водень є першим елементом Періодичної системи (1-й період, порядковий номер 1). Не має повної аналогії з іншими хімічними елементами і не належить ні до якої
Хлор. Хлороводень
Хлор – елемент 3-го періоду та VII А-групи Періодичної системи, порядковий номер 17. Електронна формула атома 3s23p5, ха
Хлориди
Хлорид натрію NaCl. Безкиснева сіль. Побутова назва кухонна сіль. Білий, слабогігроскопічний. Плавиться та кипить без розкладання. Помірно розчини
Гіпохлорити. Хлорати
Гіпохлорит кальцію Са(СlO)2. Сіль хлорнуватистої кислоти HClO. Білий при нагріванні розкладається без плавлення. Добре розчинний у холодній воді (обр
Броміди. Йодіди
Бромід калію КBr. Безкиснева сіль. Білий, негігроскопічний, плавиться без розкладання. Добре розчинний у воді, гідролізу немає. Відновник (слабший, год
Кисень
Кисень – елемент 2-го періоду та VIA-групи Періодичної системи, порядковий номер 8, відноситься до халькогенів (але частіше розглядається окремо). Електронна фо
Сірка. Сірководень. Сульфіди
Сірка – елемент 3-го періоду та VIA-групи Періодичної системи, порядковий номер 16, відноситься до халькогенів. Електронна формула атома 3s
Диоксид сірки. Сульфіти
Діоксид сірки SO2. Кислотний оксид. Безбарвний газ із різким запахом. Молекула має будову незавершеного трикутника [: S(O)2] (sр
Сірчана кислота. Сульфати
Сірчана кислота H2SO4. Оксокислота. Безбарвна рідина, дуже в'язка (маслоподібна), гігроскопічна. Молек
Азот. Аміак
Азот – елемент 2-го періоду та VA-групи Періодичної системи, порядковий номер 7. Електронна формула атома 2s22p3, характер
Оксиди азоту. Азотна кислота
Монооксид азоту NO. Несолетворний оксид. Безбарвний газ. Радикал, що містить ковалентний σπ‑зв'язок (N=O), у твердому стані димер N2
нітрити. Нітрати
Нітрит калію KNO2. Оксосоль. Білий, гігроскопічний. Плавиться без розкладання. Стійкий у сухому повітрі. Дуже добре розчинний у воді (утворюється бесцв
Вуглець у вільному вигляді
Вуглець – елемент 2-го періоду та IVA-групи Періодичної системи, порядковий номер 6. Хімія вуглецю – це в основному хімія органічних сполук; неорганічно
Оксиди вуглецю
Монооксид вуглецю. Несолетворний оксид. Безбарвний газ, без запаху, легший за повітря. Молекула слабополярна, містить ковалентну потрійну σππ
Карбонати
Карбонат натрію Na2CO3. Оксосоль. Технічна назва - кальцинована сода. Білий, при нагріванні плавиться та розкладається. Почуття
Кремній
Кремній – елемент 3-го періоду та IVA-групи Періодичної системи, порядковий номер 14. Електронна формула атома 3s23p2. Х
Алканів. Циклоалкани
Алкани (парафіни) – це сполуки вуглецю з воднем, у молекулах яких атоми вуглецю з'єднані між собою одинарним зв'язком (граничні вуглеводні)
Алкени. Алкадієни
Алкени (олефіни) – це вуглеводні, в молекулах яких містяться атоми вуглецю, з'єднані між собою подвійним зв'язком (ненасичені вуглеводні ряд)
Спирти. Прості ефіри. Феноли
Спирти - похідні вуглеводнів, що містять функціональну групу ВІН (гідроксил). Спирти, в яких є одна група ВІН, називаються одно
Альдегіди та кетони
Альдегіди та кетони – це похідні вуглеводнів, що містять функціональну карбонільну групу СО. В альдегідах карбонільна група пов'язана з а
Карбонові кислоти. Складні ефіри Жири
Карбонові кислоти – це похідні вуглеводнів, що містять функціональну групу СООН (карбоксил). Формули та назви деяких поширених як
Вуглеводи
Вуглеводи (цукри) - найважливіші природні сполуки, що складаються з вуглецю, водню та кисню. Вуглеводи поділяються на моносахариди, дисахариди та поліс.
Нітросполуки. Аміни
Дуже важливі в народному господарстві азотовмісні органічні речовини. Азот може входити в органічні сполуки у вигляді нітрогрупи NO2, аміногрупи NH2 та а
амінокислоти. Білки
Амінокислоти – органічні сполуки, що містять у своєму складі дві функціональні групи – кислотну СООН та амінну NH2
Швидкість реакцій
Кількісною характеристикою швидкості перебігу хімічної реакції А + B → D + E є її швидкість, тобто швидкість взаємодії частинок реагентів А
Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку молярних концентрацій реагентів
якщо для реакції необхідне зіткнення двох молекул, що реагують. Ця залежність зветься кінетичного закону діючих мас (К. Гулльберг, П. Вог
Енергетика реакцій
Будь-яка реакція супроводжується виділенням чи поглинанням енергії у формі теплоти. У вихідних речовинах хімічні зв'язки розриваються, і це енергія витрачається (т. е. вона за це
Оборотність реакцій
Хімічна реакція називається оборотною, якщо в даних умовах протікає не тільки пряма реакція (→), але також і зворотна реакція, тобто з вихідних речовин утворюються
При дії на рівноважну систему хімічна рівновага зміщується у бік, що протидіє цьому впливу
Розглянемо докладніше вплив таких чинників, як температура, тиск, концентрація, на зміщення рівноваги. 1. Температура. Підвищення температури суміші
Розчинність речовин у воді
Розчин – це гомогенна система, що складається із двох або більше речовин, зміст яких можна змінювати у певних межах без порушення однорідності.
Електролітична дисоціація
Розчинення будь-якої речовини у воді супроводжується утворенням гідратів. Якщо при цьому в розчині не відбувається формульних змін у частинок розчиненої речовини, то такі речовини
дисоціація води. Середовище розчинів
Сама вода – це дуже слабкий електроліт:
Реакції іонного обміну
У розведених розчинах електролітів (кислот, основ, солей) хімічні реакції протікають зазвичай з участю іонів. При цьому всі елементи реагентів можуть зберігати
Гідроліз солей
Гідроліз солі - це взаємодія її іонів з водою, що призводить до появи кислотного або лужного середовища, але не супроводжується утворенням осаду або газу (нижче
Окислювачі та відновники
Окисно-відновні реакції протікають з одночасним підвищенням і зниженням ступенів окислення елементів і супроводжуються передачею електронів:
Підбір коефіцієнтів методом електронного балансу
Метод складається із кількох етапів. 1. Записують схему реакції; знаходять елементи, що підвищують і знижують свої ступені окислення, і випи
Ряд напруг металів
У ряді напруг металів стрілка відповідає зменшенню відновлювальної здатності металів та збільшенню окисної здатності їх катіонів у водному розчині (кислотне середовище):
Електроліз розплаву та розчину
Електролізом називається окислювально-відновний процес, що протікає на електродах при проходженні постійного електричного струму через розчини або
Масова частка розчиненої речовини. Розведення, концентрування та змішування розчинів
Масова частка розчиненої речовини (ω в) – це відношення маси речовини (т в) до маси розчину (m (р)
Об'ємне відношення газів
Для хімічної реакції a A + b B = c C + d D виконується співвідношення
Маса (обсяг, кількість речовини) продукту по реагенту в надлишку або з домішками
Надлишок та нестача реагентів. Кількості, маси та обсяги (для газів) реагентів не завжди беруться стехіометричними, тобто відповідно до рівнянь реакції. Ч
Знаходження молекулярної формули органічної сполуки
При виведенні формул речовин, особливо в органічній хімії, часто використовують відносну густину газу. Відносна щільність газу X - відношення абсолютної пло