Взаимодействие с водой.
С водой активно реагируют щелочные и щелочноземельные металлы. на примере натрия: 2Na + 2H2O = 2NaOH+ H2
Реакция менее активного металла с водой на примере железа.
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Взаимодействие с кислотами
с учетом правил по положению металлов в ряду напряжения
K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
1. Металл в ряду должен стоять до водорода (не распространяется на щелочные и щелочноземельные металлы);
2. Полученная соль должна быть растворимой;
3. Азотная и концентрированная серная кислоты реагируют с металлами по – особому.
2Al + 6HCl = 2AlCl3+3H2
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Взаимодействие с солями
с учетом правил по положению металлов в ряду напряжения
K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
1. Металл в ряду должен стоять до металла соли (не распространяется на щелочные и щелочноземельные металлы);
2. Все соли, участвующие в реакции должны быть растворимы
Zn + CuCl2 = ZnCl2 + Cu
Общий вывод:
Металлы вступают в реакцию:
1. С неметаллами
2. С водой (с учетом условий)
3. С кислотами (с учетом правил ряда напряжений металлов)
4. С солями (с учетом правил ряда напряжений металлов)
Коррозия и её виды
Коррозия металлов – процесс разрушения металлического изделия в результате окислительно-восстановительной реакции металла с окружающей средой. В зависимости от механизма различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую. Химическая коррозия происходит в среде, не проводящей электрический ток. К этому виду коррозии относится газовая коррозия, в результате которой металл разрушается под действием агрессивных газов: кислорода, оксида серы, хлороводорода. Газовая коррозия обычно происходит при высоких температурах. Другой вид химической коррозии – жидкостная коррозия, которая возникает в агрессивных жидкостях, не проводящих электрический ток, например, в органических растворителях или нефтепродуктах.
Электрохимическая коррозия происходит в среде электролитов, которые хорошо проводят электрический ток. Различают два вида электрохимической коррозии: гальванокоррозия и электрокоррозия. Гальванокоррозия возникает в месте контакта двух металлов, наличия в металле примесей, разной температуры на соседних участках металлов, разной концентрации электролитов в среде, контактирующей с металлом и в случае разной концентрации кислорода на соседних участках металла. Например, в чугуне примеси углерода и карбида железа играют роль катода, на котором происходит восстановление молекулярного кислорода в присутствии паров воды: 2Н2О + О2 + 4е → 4ОН-, а железо становится анодом и окисляется.
Fe0 – 2e → Fe2+. В результате среда становится щелочной, образуется сначала «белая» ржавчина Fe(ОН)2: Fe2+ + 2OH- → Fe(ОН)2↓, которая окисляется кислородом воздуха во влажной среде до трёхвалентного гидроксида железа.
4Fe(ОН)2↓ + 2Н2О + О2 → 4Fe(ОН)3↓, Fe(OH)3 + nH2O → Fe2O3·xH2O (ржавчина).
Если в атмосфере присутствует большое количество кислых газов (СО2, SO2, NO2), то при растворении их в воде образуются кислоты. В кислой среде коррозия идет ещё интенсивнее. В присутствии кислорода на катоде образуется вода, а в бескислородной среде выделяется водород.
На аноде: Fe0 – 2е → Fe2+;
На катоде: О2 + 4Н+ + 4е → 2Н2О
или в бескислородной среде: 2Н+ + 2е → Н20↑.
Ионы железа образуют соли с кислотными остатками образовавшихся при растворении газов кислот. В дальнейшем под действием кислорода воздуха, соли двухвалентного железа окисляются до солей трёхвалентного железа.
Методы защиты металлов от коррозии
Одним из распространённых методов защиты металлов от коррозии является нанесение защитных покрытий. Покрытия бывают металлическими и неметаллическими. Если металлическое изделие покрыто слоем более активного металла, покрытие называют анодным. Если покрытие изготовлено из менее активного металла, оно называется катодным. Неметаллические покрытия – это различные эмали, лаки, краски, резиновые, битумные и полимерные покрытия.
Эффективным, но дорогим методом защиты металлов от коррозии является введение в сплав антикоррозионных легирующих добавок: хрома, никеля, молибдена, титана. Для повышения стойкости к коррозии в кислой среде в сплав добавляют кремний.
К методам электрохимической защиты относятся протекторная и катодная защита.
Важным направлением предотвращения коррозии металлов является снижение агрессивности окружающей среды. Для этого проводят осушение почвы, воздуха. В жидкие среды добавляют ингибиторы – вещества, реагирующие с окислительными компонентами среды и снижающие скорость коррозии. Для борьбы с блуждающими токами проводят надёжную изоляцию токопроводящих конструкций, организацию бесстыкового пути.
Предотвращение потерь металла от коррозии позволит не только сберечь тонны металла, но и предотвратить аварии на производстве и транспорте, сберечь человеческие жизни.
Домашнее задание: дайте полную характеристику одному металлу (на выбор) по схеме:
- положение в периодической системе;
- электронное строение;
- физические свойства;
- химические свойства (с указанием уравнений реакций);
- нахождение в природе;
- применение.