Металлы физические свойства коррозия металлов получение

Не секрет, что все вещества в природе делятся на три состояния: твердые, жидкие и газообразные.

А твердые вещества в свою очередь делятся на металлы и неметаллы, разделение это нашло свое отображение и в таблице химических элементов великого химика Д. И. Менделеева.

Наша сегодняшняя статья о металлах, занимающих важное место, как в химии, так и во многих других сферах нашей жизни.

К слову лом цветных и черных металлов всегда высоко ценился на рынке вторичной переработке. Последнее время цена на него постоянно растет. Узнайте актуальные цены, по которым можно сдать металлолом: https://citylom.ru

Химические свойства

Все мы, так или иначе, но сталкиваемся с химией в нашей повседневной жизни. Например, во время приготовления еды, растворение поваренной соли в воде является простейшей химической реакцией. Вступают в разнообразные химические реакции и металлы, а их способность реагировать с другими веществами это и есть их химические свойства.

Среди основных химических свойств или качеств металлов можно выделить их окисляемость и коррозийную стойкость. Реагируя с кислородом, металлы образуют пленку, то есть проявляют окисляемость.

Аналогичным образом происходит и коррозия металлов – их медленное разрушение по причине химического или электрохимического взаимодействия. Способность металлов противостоять коррозии называется их коррозийной стойкостью.

Физические свойства

Среди основных общих физических свойств металлов можно выделить:

• Плавление.
• Плотность.
• Теплопроводность.
• Тепловое расширение.
• Электропроводность.

Важным физическим параметром металла является его плотность или удельный вес. Что это такое? Плотность металла – это количество вещества, которое содержится в единице объема материала.

Чем меньше плотность, тем металл более легкий. Легкими металлами являются: алюминий, магний, титан, олово. К тяжелым относятся такие металлы как хром, марганец, железо, кобальт, олово, вольфрам и т. д.

(в целом их имеется более 40 видов).

Способность металла переходить из твердого состояния в жидкое, именуется плавлением. Разные металлы имеют разные температуры плавления.

Скорость, с которой в металле проводится тепло при нагревании, называется теплопроводностью металла. И по сравнению с другими материалами все металлы отличаются высокой теплопроводностью, говоря по-простому, они быстро нагреваются.

Помимо теплопроводности все металлы проводят электрический ток, правда, некоторые делают это лучше, а некоторые хуже (это зависит от строения кристаллической решетки того или иного металла).

Способность металла проводить электрический ток называется электропроводностью.

Металлы, обладающие отличной электропроводностью, это золото, алюминий и железо, именно поэтому их часто используют в электротехнической промышленности и приборостроении.

Механические свойства

Основными механическими свойствами металлов является их твердость, упругость, прочность, вязкость и пластичность.

При соприкосновении двух металлов могут образоваться микро вмятины, но более твердый металл способен сильнее противостоять ударам. Такая сопротивляемость поверхности металла ударам извне и есть его твердость.

Чем же твердость металла отличается от его прочности. Прочность, это способность металла противостоять разрушению под действием каких-либо других внешних сил.

Под упругостью металла понимается его способность возвращать первоначальную форму и размер, после того как нагрузка, вызвавшая деформацию металла устранена.

Способность металла менять форму под внешним воздействием называется пластичностью.

Технологические свойства

Технологические свойства металлов и сплавов важны в первую очередь при их производстве, так как от них зависит способность подвергаться различным видам обработки с целью создания разнообразных изделий.

Среди основных технологических свойств можно выделить:

• Ковкость.
• Текучесть.
• Свариваемость.
• Прокаливаемость.
• Обработку резанием.

Под ковкостью понимается способность металла менять форму в нагретом и холодном состояниях. Ковкость метала, была открыта еще в глубокой древности, так кузнецы, занимающиеся обработкой металлических изделий, превращением их в мечи или орала (в зависимости от потребности) на протяжении многих веков и исторических эпох были одной из самых уважаемых и востребованных профессий.

• Способность двух металлических сплавов при нагревании соединяться друг с другом называют свариваемостью.
• Текучесть металла тоже очень важна, она определяет способность расплавленного метала растекаться по заготовленной форме.
• Свойство металла закаливаться называется прокаливаемостью.

Интересные факты

• Самым твердым металлом на Земле является хром. Этот голубовато-белый метал был открыт в 1766 году под Екатеринбургом.
• И наоборот, самыми мягкими металлами являются алюминий, серебро и медь. Благодаря своей мягкости они нашли широкое применение в разных областях, например, в электроаппаратостроении.
• Золото – которое на протяжении веков было самим драгоценным металлом имеет и еще одно любопытное свойство – это самый пластичный металл на Земле, обладающий к тому же отличной тягучестью и ковкостью. Также золото не окисляется при нормальной температуре (для этого его нужно нагреть до 100С), обладает высокой теплопроводностью и влагоустойчивостью. Наверняка все эти физические характеристики делают настоящее золото таким ценным.
• Ртуть – уникальный металл, прежде всего тем, что он единственный из металлов, имеющий жидкую форму. Причем в природных условиях ртути в твердом виде не существует, так как ее температура плавления -38С, то есть в твердом состоянии она может существовать в местах, где просто таки очень холодно. А при комнатной температуре 18С ртуть начинает испаряться.
• Вольфрам интересен тем, что это самый тугоплавкий металл в мире, чтобы он начал плавиться нужна температура 3420С. Именно по этой причине в электрических лампочках нити накаливания, принимающие основной тепловой удар, изготовлены из вольфрама.

Видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Общие свойства металлов. Коррозия

Элементы с металлическими свойствами расположены вIA – VIA группах Периодической системы (табл. 7).

Металлами являются также все элементы, расположенные вIБ – VIIIБ‑группах (переходные металлы).

В настоящее время в Периодической системе 92 металла.

Типичными металлами являются s‑элементы (элементы IA‑группы от Li до Fr, элементы IIA‑группы от Mg до Ra). Общая электронная формула их атомов ns1–2. Для них характерны степени окисления +I и +II соответственно.

Небольшое число электронов (1–2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.

Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов.

Соединения типичных металлов с неметаллами – это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К+Br‑, Са2+O2‑.

Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами – гидроксидов и солей, например Mg2+(OH‑)2, (Li+)2CO32‑.

Металлы А‑групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Be‑Al‑Ge‑Sb‑Po, а также примыкающие к ним металлы (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не проявляют типично металлических свойств.

Общая электронная формула их атомов ns2np0–4 предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры – соединения ТlIII, PbIV, Biv).

Подобное химическое поведение характерно и для большинства d‑элементов, т. е. элементов Б‑групп Периодической системы (типичные примеры – амфотерные элементы Cr и Zn).

Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами).

В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично).

Например, металл галлий состоит из молекул Ga2, в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути(II) AlCl3 и HgCl2 содержат сильно ковалентные связи, но в растворе AlCl3 диссоциирует почти полностью, a HgCl2 – в очень малой степени (да и то на ионы HgCl+ и Cl‑).

В свободном виде все металлы – твердые вещества, кроме одного – ртути Hg, которая при обычных условиях жидкость.

В кристаллах металлов преобладает особый вид связи (металлическая связь); валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом в решетке, и внутри металла существует так называемый электронный газ.

Все металлы обладают высокой электропроводимостью (наибольшая y Ag, Cu, Аи, Al, Mg) и теплопроводностью. Встречаются низкоплавкие металлы (цезий Cs с температурой плавления 28,7 °C плавится от тепла руки) и, наоборот, весьма тугоплавкие (вольфрам W плавится лишь при 3387 °C).

Отличительным свойством металлов служит их пластичность (ковкость), вследствие чего они могут быть прокатаны в тонкие листы – фольгу (Sn, Al, Au) или вытянуты в проволоку (Cu, Al, Fe), однако встречаются и очень хрупкие металлы (Zn, Sb, Bi).

В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси – сплавы, в которых полезные свойства одного металла дополняются полезными свойствами другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком (латунь) являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении.

Алюминий обладает высокой пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав с магнием, медью и марганцем – дуралюмин (дюраль), который, не теряя полезных свойств алюминия, приобретает высокую твердость и становится пригодным в авиастроении.

Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) – это широко известные чугун и сталь.

Металлы в свободном виде являются восстановителями. Однако реакционная способность некоторых металлов невелика из‑за того, что они покрыты поверхностной оксидной пленкой, в разной степени устойчивой к действию таких химических реактивов, как вода, растворы кислот и щелочей.

Например, свинец всегда покрыт оксидной пленкой, для его перехода в раствор требуется не только воздействие реактива (например, разбавленной азотной кислоты), но и нагревание.

Оксидная пленка на алюминии препятствует его реакции с водой, но под действием кислот и щелочей разрушается.

Рыхлая оксидная пленка {ржавчина), образующаяся на поверхности железа во влажном воздухе, не мешает дальнейшему окислению железа.

Под действием концентрированных кислот на металлах образуется устойчивая оксидная пленка. Это явление называется пассивацией.

Так, в концентрированной серной кислоте пассивируются (и после этого не реагируют с кислотой) такие металлы, как Be, Bi, Со, Fe, Mg и Nb, а в концентрированной азотной кислоте – металлы Al, Be, Bi, Со, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th и U.

При взаимодействии с окислителями в кислых растворах большинство металлов переходит в катионы, заряд которых определяется устойчивой степенью окисления данного элемента в соединениях (Na+, Са2+, Al3+, Fe2+ и Fe3+).

Восстановительная активность металлов в кислом растворе передается рядом напряжений. Большинство металлов переводится в раствор соляной и разбавленной серной кислотами, но Cu, Ag и Hg – только серной (концентрированной) и азотной кислотами, a Pt и Аи – «царской водкой».

Нежелательным химическим свойством металлов является их коррозия, т. е. активное разрушение (окисление) при контакте с водой и под воздействием растворенного в ней кислорода (кислородная коррозия). Например, широко известна коррозия железных изделий в воде, в результате чего образуется ржавчина, и изделия рассыпаются в порошок.

Коррозия металлов протекает в воде также из‑за присутствия растворенных газов СO2 и SO2; создается кислотная среда, и катионы Н+ вытесняются активными металлами в виде водорода Н2 (водородная коррозия).

Особенно коррозионно‑опасным может быть место контакта двух разнородных металлов (контактная коррозия).

Между одним металлом, например Fe, и другим металлом, например Sn или Cu, помещенными в воду, возникает гальваническая пара.

Поток электронов идет от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений (Fe), к менее активному металлу (Sn, Cu), и более активный металл разрушается (корродирует).

Именно из‑за этого ржавеет луженая поверхность консервных банок (железо, покрытое оловом) при хранении во влажной атмосфере и небрежном обращении с ними (железо быстро разрушается после появления хотя бы небольшой царапины, допускающей контакт железа с влагой). Напротив, оцинкованная поверхность железного ведра долго не ржавеет, поскольку даже при наличии царапин корродирует не железо, а цинк (более активный металл, чем железо).

Сопротивление коррозии для данного металла усиливается при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении; так, покрытие железа хромом или изготовление сплава железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и сталь, содержащая хром (нержавеющая сталь), имеют высокую коррозионную стойкость.

Общие способы получения металлов в промышленности:

• электрометаллургия, т. е. получение металлов электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов солей;

• пирометаллургия, т. е. восстановление металлов из руд при высокой температуре (например, получение железа в доменном процессе);

• гидрометаллургия, т. е. выделение металлов из растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора CuSO4 действием цинка, железа или алюминия).

В природе иногда встречаются самородные металлы (характерные примеры – Ag, Au, Pt, Hg), но чаще металлы находятся в виде соединений (металлические руды). По распространенности в земной коре металлы различны: от наиболее распространенных – Al, Na, Са, Fe, Mg, К, Ti до самых редких – Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Металлы. Общая характеристика. Металлическая связь. | Советы тут

Сегодня разберем урок химии 10 — Металлы.  Общая характеристика. Металлическая связь. Физические и химические свойства, методы получения. Коррозия металлов. Как обещал, даю ответы к тестовым заданиям урока химии 9: 1-3, 2-2, 3-2, 4-2, 5-3, 6-1, 7-1, 8-2, 9-4, 10-2, 11-2, 12-2, 13-2, 14-3, 15-1, 16-1, 17-1, 18-1, 19-4, 20-3, 21-3, 22-2, 23-1, 24-4, 25-1.

Теперь перейдем к уроку химии 10.

Общая характеристика.

Из всех известных в настоящее время элементов около 80% относятся к металлам: s-элементы I и  II групп, все d- и f- элементы и ряд  p-элементов главных подгрупп периодической системы.

Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (кроме первого). Главной особенностью элементов-металлов является наличие у них на внешних  энергетических уровнях небольшого числа  электронов.(1,2,3).

В природе металлы встречаются как в свободном виде, так и в виде соединений. В свободном виде существуют химически менее активные, трудно окисляющиеся кислородом металлы: платина, золото, серебро, ртуть, медь и др. Все металлы, за исключением ртути, при обычных условиях твердые вещества с характерным блеском, хорошо проводят электрический ток и тепло.

Большинство металлов может коваться, тянуться и прокатываться. По цвету, все металлы условно подразделяются на две группы: черные и цветные. По плотности различают металлы легкие (ρ < 5) и тяжелые (ρ > 5). Примером легких металлов служат калий, натрий, кальций, алюминий и др. К тяжелым металлам относятся осмий, олово, свинец, никель,  ртуть, золото, платина и т.д.

Температура плавления металлов также различна: от -38.9 °С (ртуть) до 3380 °С (вольфрам). Металлы могут отличаться и по твердости: самыми мягкими металлами являются натрий и калий (режутся ножом), а самыми твердыми – никель, вольфрам, хром (последний режет стекло).

Тепло и электричество различные металлы проводят неодинаково: лучшим проводником электричества является серебро, худшим – ртуть.

В расплавленном состоянии металлы могут распределяться друг в друге, образуя сплавы. Большинство расплавленных металлов могут смешиваться друг с другом в неограниченных количествах.

При смешивании расплавленных металлов происходит либо простое растворение расплавов одного металла в другом, либо металлы вступают в химическое соединение. Чаше всего сплавы представляют собой смеси свободных металлов с их химическими соединениями.

В состав сплавов могут входить также и неметаллы (чугун – сплав железа с углеродом). Свойства металлов существенно отличаются от свойств составляющих их элементов.

Известно, что у металлов на внешнем энергетическом уровне (ВЭУ) имеется 1-3 валентных электрона. Поэтому они сравнительно легко отдают свои электроны неметаллам, у которых на ВЭУ 5-7 электронов. Так, металлы непосредственно реагируют с галогенами.

Большинство Ме хорошо реагируют с кислородом (исключая золото, платину, серебро), образуя оксиды и пероксиды; взаимодействуют с серой с образованием сульфидов. Щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой с образованием растворимых в ней щелочей.

Металлы средней активности реагируют с водой только при нагревании. Малоактивные металлы с водой вообще не реагируют. Большинство металлов растворяется в кислотах. Однако химическая активность различных металлов различна.

Она определяется легкостью  атомов металла отдавать валентные электроны.

Приводим таблицу газообразных продуктов реакций кислот и металлов. Ее надо запомнить, или иметь всегда под рукой.

• По своей активности все металлы расположены в определенной последовательности, образуя ряд активности или ряд стандартных электродных потенциалов:
• Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
• В этом ряду каждый предыдущий металл вытесняет из соединений все последующие металлы.

Электролиз мы рассматривали ранее. Здесь же коротко напомним его основные моменты.  Анод — положительный электрод, на нем происходит окисление; катод — отрицательный электрод, на нем происходит восстановление.

При электролизе расплава происходит распределение ионов соли в анодном и катодном пространстве. Ион металла восстанавливается до металла, а кислотный остаток бескислородной кислоты окисляется до соответствующего газа или элемента.

Электролиз растворов солей более сложен из-за возможности участия в электродных процессах молекул воды.

На катоде: 1) ионы металлов от лития до алюминия не восстанавливаются, но  идет процесс восстановления водорода из воды, 2) ионы металлов от алюминия до водорода восстанавливаются до металлов вместе с восстановлением водорода из воды, 3) ионы металлов от висмута до золота восстанавливаются до металлов.

На аноде: 1) анионы бескислородных кислот окисляются до соответствующих элементов, 2) при электролизе солей кислородсодержащих кислот происходит окисление не кислотных остатков, а воды с выделением кислорода, 3) в щелочных растворах происходит окисление гидроксид-ионов до кислорода и воды, 4) при использовании растворимых анодов, на них образуются катионы металла, из которого сделан анод.

 Металлическая связь. Связь между положительными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов называется металлической связью.

Физические свойства. Для всех металлов характерны электро- и теплопроводность, пластичность, металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Металлы различаются по плотности: самый легкий металл литий ( ρ = 0,53 г/см3).

1. Основные промышленные способы получения металлов:
2. 1)    коксотермия                    Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
3. Fe(CO)3 → Fe + 3CO
4. 2)    алюмотермия                   Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3
5. 3)    магнийтермия                  TiO2 + 2Mg → Ti + 2MgO
6. 4)    водородотермия              CuO + H2 → Cu + H2O
7. 2. Электрохимический:
8. 1)    электролиз расплавов:   NiCl2 → Ni + Cl2
9. 2)    электролиз растворов:   MnSO4 + 2H2O → Mn + O2­ + H2­ + H2SO4
10. 3. Гидрометаллургический:
11. Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 +  2H2O
12. CuSO4 + Fe → Cu + FeSO4.
13. Коррозия – это самопроизврольный процесс разрушения металлов при ввзаимодействии  их с окружающей средой, например, железо на воздухе: 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3

Коррозия наносит большой ущерб народному хозяйству. Поэтому с коррозией ведут борьбу. Существуют следующие методы защиты металлов от коррозии.

1. Исключение контакта металла с атмосферой и электролитами. Это может быть достигнуто нанесением защитных покрытий:

а) неметаллических – специальные лаки, краски, эмали;

б) химических – покрытий, к которым относятся искуственно создаваемые поверхностные пленки (оксидные, фосфатные, нитридные и др.);

в) металлических – покрытий, полученных электрохимическим осаждением на защищаемой детали тонкого слоя другого металла (хромирование, никелирование, цинкование, лужение и т.д.);

• 2. Электрохимические методы защиты:
• а) протекторная – к защищаемому металлу присоединяется кусок более активного металла, который и разрушается в присутствии электролита;
•      б) катодная – металлоконструкции подсоединяются к катоду внешнего источника тока, что исключает возможность их анодного разрушения.
• 3. Специальная обработка электролита или среды, в которой находится защищаемая конструкция:
• а) введение веществ-ингибиторов, замедляющих коррозию;
• б) удаление растворенного воздуха в воде (деаэрация) – например, в воде, поступающей в котельные установки.

Это был урок химии 10 — Металлы.  Общая характеристика. Металлическая связь. Физические и химические свойства, методы получения. Коррозия металлов.

↑Как установить такие кнопки?↑

Подружитесь со мной:

Положение металлов в периодической системе Металлы в природе Особенности строения Физические свойства Химические свойства Способы получения Коррозия металлов. — презентация

• 1
• 2 Положение металлов в периодической системе Металлы в природе Особенности строения Физические свойства Химические свойства Способы получения Коррозия металлов Применение
• 3 Большинство химических элементов являются металлами.

4 В природе металлы существуют как в свободном, так и в связанном виде. В свободном виде существуют малоактивные металлы: платина, золото, серебро. Но в основном металлы встречаются в виде различных соединений. Многие металлы способны реагировать друг с другом.

Продукты взаимодействия металлов между собой называются сплавами.

5

6 Атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов. Они слабо связаны с ядром и могут легко отрываться от него.

В результате в узлах кристаллической решетки появляются положительно заряженные ионы, а между ними свободно перемещаются электроны – образуется так называемый «электронный газ».

Вид связи между положительными ионами, осуществляемой за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу, называется металлической.

7 Металлы имеют многие специфические свойства. Все они, за исключением ртути, при обычных условиях твердые вещества с характерным блеском, хорошо проводят электрический ток и тепло. Большинство металлов может коваться, тянуться и прокатываться. Электро- и теплопроводность металла объясняются наличием в нем свободных электронов.

8 При комнатной температуре металлы – твердые вещества, за исключением ртути (она жидкая). Большинство металлов серебристо-серого цвета с разными оттенками, за исключением золота и меди. Все металлы имеют характерный блеск, называемый металлическим блеском. Металлы хорошо проводят тепло и электричество.

Металлы различаются по твердости. Металлы сильно различаются по температуре плавления. Металлы гибкие и ковкие. Металлы значительно различаются по плотности, например: плотность натрия – 0,97 г/см 3, а плотность платины – 21,45 г/см 3.

В металлургии металлы делят на черные (железо, марганец, хром) и цветные (все остальные металлы).

9 Металлический блеск наиболее выражен у серебра. Его используют в создании зеркал.

1. 10 Свойство электропроводности ярко выражено у меди.
2. 11 А теплопроводность меди используется при изготовлении посуды.
3. 12 Ковкость – характерное свойство металлов.

13 Алюминий – лёгкий металл. Его используют для создания «крылатых» сплавов.

14 Свинец – очень тяжелый металл, его используют как балласт при погружении в воду.

15 Температура плавления разных металлов довольно сильно различается. Так, ртуть плавится при – 39 °С, а платина – не ниже °С.

• 16 Температуры плавления металлов различны.
• 17 Свойство пластичности наиболее ярко выражено у золота.
• 18 Железо – металл серого цвета.
• 19 Медь – металл с красноватым блеском.
• 20 А так выглядит цинк.
• 21 Металлы – типичные восстановители.
• 22 Химические свойства металлов
• 23 Fe + S = FeS

24 Большинство металлов довольно хорошо реагирует с кислородом (за исключением золота, платины и серебра), образуя соответствующие оксиды; взаимодействуют с серой, образуя сульфиды. Активные металлы реагируют с водой.

Металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов до водорода, реагируют с разбавленными растворами кислот с выделением водорода: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 Металлы реагируют с растворами солей менее активных металлов, происходит реакция замещения: Ni + CuSO 4 = NiSO 4 + Cu Металлы реагируют с кислотами-окислителями: Cu + 2H 2 SO 4(конц) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

1. 25 Более активный металл железо вытесняет медь из раствора сульфата меди (II).
2. 26 Взаимодействие активного металла натрия с водой: 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
3. 27
4. 28 Способы получения металлов

29 Металлы получают различными способами. Различают пиро-, гидро- и электрометаллургию. Пирометаллургия – это получение металлов из руд с помощью реакций восстановления, проводимых при высоких температурах. Гидрометаллургия – это получение металлов из растворов их солей. Электрометаллургия – получения металлов из их расплавленных оксидов или солей с помощью электролиза.

30 Металлы подвергаются коррозии. Коррозией называется процесс разрушения металлов в результате воздействия окружающей среды. Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – это взаимодействие металла с химическими реагентами, при котором не возникает электрохимических процессов.

Электрохимическая коррозия – это взаимодействие металлов с растворами электролитов.

• 31
• 32 Многие предметы, которыми мы ежедневно пользуемся, сделаны из металлов.
• 33 Без металлов невозможен технический прогресс.

49. Коррозия металлов

Коррозия
металлов (corrosio
– разъедание) – физико-химическая
реакция металлов и сплавов с окружающей
средой, в результате чего они теряют
свои свойства. В основе коррозии лежит
реакция на границе раздела фаз между
материалом и средой: 3Fe+2О2=Fe3O4.

• По
  условиям протекания коррозия подразделяется
  на: 1)
  контактную; 2) щелевую; 3) по ватерлинии;
  4) в зонах обрызгивания; 5) в зонах
  переменного смачивания; 6) протекающую
  по конденсации кислых паров; 7) радиационную;
  происходящую при теплоотдаче; 9)
  образованную блуждающими токами.
• Типы
  коррозии:
• Химическая
  или газовая коррозия (металлы и сплавы
  разрушаются, взаимодействуя с кислородом,
  водородом и другими газами при отсутствии
  влаги).
• Электрохимическая
  коррозия (возникновение контакта металла
  или сплава в растворе электролита).

Химическая
коррозия.
Представлена процессами окисления
металла и восстановления агента коррозии
(чаще всего – кислород): 2Ме + О2 = 2МеО.

Важную
роль играет газовая коррозия – коррозия
металлов при высоких температурах в
сухих газах (продукты сгорания топлива
и др.).

1. Факторы,
   воздействующие на скорость газовой
   коррозии:
2. 1)
   природа металла (сплава);
3. 2)
   состав газовой среды;
4. 3)
   механические свойства образующихся
   продуктов коррозии (оксидных пленок);
5. 4)
   температура.

Электрохимическая
коррозия более
распространена, включает в себя процессы
окисления металла и восстановления
коррозийного агента, протекающие
раздельно в электролитной среде (растворы
солей, кислот, почва и др.).

Ход
электрохимической коррозии является
совокупностью двух сопряженно протекающих
реакций: анодной реакции (окисления) Ме
= Меz+ + ze-и катодной реакции (восстановления)
D + ze-+ (Dze-), где D
–
деполяризатор (окислитель), присоединяющий
к себе электроны металла (кислород, ионы
водорода и некоторых металлов).

Процесс
ржавления железа: 2Fe
+ 2H2O + O2 = 2Fe2++ 4OH-.

В
углеродистых сталях нередко возникают
гальванические элементы «катод—анод».
Это происходит в связи с дифференциацией
поверхностей сталей на участки, имеющие
различные электронные потенциалы.

• Электрохимическая
  коррозия в зависимости от коррозийной
  среды делится на:
• 1)
  атмосферную; 2) почвенную; 3) микробиологическую;
  4) жидкостную.
• Интенсивность
  коррозии зависит от химического состава
  металла (его сплавов), содержания примесей
  и самого окислителя, его концентрации,
  влажности воздуха.

50. Защита металлов от коррозии

1. Защита
   металлов и сплавов от коррозии в
   агрессивных средах основывается на:
2. 1)
   повышении коррозионной стойкости самого
   материала; 2) снижении агрессивности
   среды; 3) предотвращении контакта
   материала со средой с помощью изолирующего
   покрытия; 4) регулировании электродного
   потенциала защищаемого изделия в данной
   среде.
3. Существуют
   методы, используемые для защиты от
   электрохимической коррозии:
4. 1)
   использование химически стойких сплавов;
   2) защита покрытием поверхности металла
   или сплава; 3) снижение активности
   коррозийной среды; 4) электрохимические
   методы.
5. Самыми
   химически устойчивыми сплавами считаются
   нержавеющие (13 % хрома) и кислотоупорные
   (18 % хрома, 8—10 % никеля) стали.

Для
покрытия металлов используются различные
виды покрытий – металлические,
неметаллические, покрытия, образующиеся
при электрохимической и химической
обработке поверхности металлов.

Металлические
покрытия –
хром, никель, цинк, кадмий, алюминий,
олово и др. Их наносят, используя методы
гальванотехники.

Неметаллические
покрытия –
лаки, краски, эмали, фенолформальдегидные
смолы и др.

Покрытия,
получающиеся в результате обработки
металла,
– оксидные или солевые пленки
(оксидирование алюминия).

Метод
снижения агрессивности среды наиболее
эффективен для изделий, используемых
в малом количестве жидкости. Самыми
распространенными агрессивными средами
являются вода, водные растворы щелочей
и кислот, почва и атмосфера. От концентрации
растворенных кислорода и углекислого
газа зависит агрессивность водных сред.

Физически кислород и углекислый газ
можно удалить, нагревая воду при
пониженном давлении, химически –
пропуская через слой стальных или
железных стружек или обрабатывая
восстановителем. Еще агрессивность
водных сред снимают, используя ингибиторы
коррозии. Анодные
ингибиторы –
гидроксид, карбонат, фосфаты, нитрит и
бензоат натрия.

Катодные
ингибиторы –
сульфаты цинка, бикарбонат натрия.

Лучший
эффект достигается в сочетании с
катодными ингибиторами. В кислых средах
применяют органические ингибиторы.
Существуют ингибиторы-пассиваторы –
переводят металл в пассивное состояние
(окислители пероксидного типа, соединения
благородных металлов).

Агрессивность
атмосферы зависит от ее влажности и
района (промышленный, сельский и др.).
Влияние атмосферы зависит от
гигроскопичности продуктов коррозии
металла и пылевых частиц на поверхности.

Гигроскопичность продуктов коррозии
стали уменьшают легированием медью в
небольших количествах.

Коррозионная
агрессивность почвы обусловливается
содержанием в ней О2, влажностью,
электрической проводимостью, рН.

Коррозия металлов. Виды и особенности. Защита и принцип действия

Коррозия металлов – это процесс разрушения металлической поверхности в результате неблагоприятного воздействия окружающей среды. Ее причиной является термодинамическая неустойчивость материала к влиянию различных веществ, которые с ним контактируют.

Виды коррозии

Разрушение поверхностей наступает вследствие химического или электрохимического взаимодействия неблагоприятной среды. Обе разновидности являются одинаково пагубными для изделий из металла

Химическая коррозия

Данный процесс осуществляется в среде, которая не производит передачу электрического тока. Он наблюдается, например, при нагреве, в результате чего осуществляется образование химических соединений, таких как сульфиды, а также различные виды пленок.

Нередко образованные сплошные пленки становятся непроницаемыми и консервируют поверхность, поэтому последующая коррозия металлов останавливается. Такой защитный слой можно встретить на поверхности из алюминия, хрома, никеля и свинца.

Пленка на стали или чугуне является непрочной, поэтому ее наличие не останавливает дальнейшее продвижение разрушения вглубь материала.

Химическая коррозия может быть двух видов:

Газовая возникает в результате действия агрессивной газовой среды или пара на поверхность металла, что сопровождается повышенными температурами. Благодаря горячей среде на поверхности отсутствует конденсат.

В качестве газа может применяться кислород, диоксид серы, водяной пар, сероводород и так далее.

Подобное коррозийное влияние может вызывать абсолютное разрушение активного металла, за исключением случаев, когда образуется защитная непроницаемая пленка.

Жидкостная коррозия металлов возникает в жидкостных средах, которые не способны передавать электричество. В первую очередь она наблюдается при контакте металлов с сырой нефтью, нефтепродуктами или смазочными маслами. При наличии в таких веществах небольшой доли воды, коррозия переходит в электрохимическую.

В обоих вариантах химической коррозии скорость разрушения является пропорциональной химической реакции, с которой окислитель проникает сквозь созданную оксидную пленку на поверхности.

Электрохимическая коррозия металлов

Эта разновидность разрушения поверхности металла происходит в среде, которая может передавать электрический ток. В результате данного процесса наблюдается изменение состава металла. Атомы удаляются от кристаллической решетки в результате анодного или катодного воздействия.

При анодном влиянии ионы металла переходят в раствор жидкости, которая его окружает. При катодном влиянии получаемые при анодном процессе электроны связываются с окислителем. Наиболее распространенной является электрохимическая коррозия под воздействием водорода или кислорода.

Процесс влияния электрохимической коррозии на металлы зависит от уровня их активности. По данному критерию их разделяют на 4 группы:

1. Активные.
2. Средней активности.
3. Малоактивные.
4. Благородные.

Активные имеют высокую нестабильность. Для них характерно возникновение коррозии даже в нейтральной водной среде, которая лишена растворенного кислорода или окислителей. Ярким представителем такого металла является кадмий.

Металлы средней активности располагаются на таблице химических элементов между кадмием и водородом. Они неподвержены началу разрушения в нейтральной жидкостной среде лишенной кислорода, но начинают интенсивно поддаваться коррозии при влиянии кислот.

Малоактивные металлы располагаются в таблице Менделеева между водородом и родием. Они не подвергаются влиянию коррозии при контакте с нейтральными жидкостями и кислой средой. Для активизации процесса их разрушения необходимо наличие кислорода или прочих окислителей.

Благородные металлы отличаются стабильностью, благодаря чему подвержены коррозии только при воздействии кислой среды при условии контакта с сильными окислителями. К перечню благородных металлов относится платина, золото, палладий и иридий.

Электрохимическая коррозия металлов является самой распространенной, поскольку естественные условия, в которых хранятся и эксплуатируются металлические изделия, зачастую подвержены влиянию влажной среды.

Различают следующие виды электрохимической коррозии:

• Электролитная – наблюдается при контакте с растворами солей, кислотами, оснований, в том числе и обычной водой.
• Атмосферная – наблюдается в условиях атмосферы, где содержатся испарения воды. Данный вид является самым распространенным, именно он влияет на практически все металлические изделия.
• Почвенная – наблюдается в результате воздействия влажной почвы, в составе которой могут содержаться различные химические элементы ускоряющие процесс разрушения металла. При воздействии с кислыми почвами процесс коррозии наблюдается наиболее агрессивно. Грунты с песком воздействуют медленней всего.
• Аэрационная – является более редкой и наблюдается в тех случаях, если к разным поверхностям металла оказывается неравномерный доступ воздуха. В результате неоднородного воздействия линии переходов между такими участками начинают разрушаться.
• Морская коррозия металлов подразумевает разрушение от влияния морской воды. Она выделяется в отдельную группу, поскольку данная жидкость отличается высоким содержанием солей и растворенных органических веществ. Это делает ее более агрессивной.
• Биокоррозия – данный вид разрушения возникает при условии воздействия на поверхность металла бактериями, которые в результате жизнедеятельности вырабатывают углекислый газ и прочие вещества.
• Электрокоррозия – такой вид разрушения металла наблюдается при воздействии на него блуждающих токов, что характерно для подземных сооружений, в частности рельсов метрополитена, стержней заземления, трамвайных линий и т.д.

Методы защиты от коррозии

Голая поверхность подавляющего большинства металлов склонна к быстрой коррозии, поэтому для снижения разрушающего воздействия применяются различные способы защиты.

Покрытие изоляционными слоями:

• Другим металлом.
• Цементным раствором.
• Лаками.
• Красками.
• Битумом.

Одним из самых эффективных способов защиты от коррозии является покрытие поверхности одного металла другим, менее склонным к коррозии. Примером такого технического решения является оцинковка, когда сталь защищается слоем цинка.

Внутренний металл полностью изолирован до тех пор, пока цинк в результате естественной коррозии, которая протекает очень медленно, полностью не разрушится, оголив сталь. Такой метод защиты является одним из самых эффективных, поскольку покрывной металл полотна удерживается на основании, поэтому его невозможно срывать слоями.

Недостаток метода заключается в том, что при механическом воздействии можно сцарапывать тонкую защитную пленку.

Покрытие металла защитным цементным раствором, битумом, лаками и красками является также очень распространенным решением, которое все же уступает оцинковке. Это связано с неоднородностью составов основания и покрытия. В результате низкой адгезии краски готовое покрытие будет отслаиваться. Такая защита может покрываться трещинами, обеспечивая доступ влаги.

Коррозия металлов может быть приостановлена при наличии химического покрытия:

• Оксидирование.
• Фосфатирование.
• Азотирование.
• Воронение.
• Цементация.

Поверхность металла подвергается влиянию различных веществ, фосфатов, азота или оксидов, в результате чего создаются пленки, которые благодаря своей непроницаемости предотвращают разрушение. Такие методы применимы в первую очередь для сталей.

Также распространенным решением является воронение стали, когда поверхность металла взаимодействует с органическими веществами. Обработанные таким способом поверхности приобретают темный цвет, напоминающий крыло ворона, за что данный метод и получил свое название.

Одним из наиболее эффективных вариантов химического покрытия является цементация, когда на поверхность воздействуют углеродом, в результате чего создается корка вступившего в реакцию металла.

Для защиты от коррозии черных металлов может применяться технология изменения их состава. Добавление различных соединений позволяет получить сплавы, отличающиеся большей устойчивостью к коррозии. Примером такого соединения является нержавеющая сталь.

Самым необычным является протекторная защита, которая подразумевает покрытие сооружений из одного металла пластинами из более активного металла, так называемого протектора. Поскольку он имеет более отрицательный потенциал, то выступает в роли анода.

Защищаемая поверхность используется как катод. Они соединяются между собой проводником тока, благодаря чему создаются неблагоприятные условия для протектора. Как следствие разрушению поддается именно он, в то время как ценное сооружение остается целым.

Более редким решение является изменение состав окружающей среды. В таких условиях коррозия металлов замедляется или не происходит. Данный метод подразумевает очистку состава жидкости или газа от кислот и солей, вызывающих разрушение. Такой метод применим далеко не во всех случаях, поскольку отличается техническими сложностями и определенной дороговизной. Его используют в разных механизмах. К примеру, могут применять в определенных средах только те металлы, для которых те не агрессивны

Похожие темы: