Суд над коррозией металлов9 классЦель. В занимательной форме изучить виды коррозии: химическую и электрохимическую; химизм ее в различных средах и меры защиты металлов от коррозии. Но пуще всех богатств сокровищницы
сей, Мольер.
ХОД УРОКА Учитель. У человека много врагов – видимых и невидимых. Это и стихийные бедствия, и социальные неурядицы, и душевный непокой. Со временем находились и оттачивались средства борьбы с различными напастями. А вот самое прожорливое на земле чудовище, которому на протяжении тысячелетий мы платим колоссальные «подати», не только не занесено в Красную книгу, а наоборот, плодится и размножается вследствие усиленного питания. Какое явление можно сравнить с чудовищем? Учитель объявляет тему урока. Золото. Пришла жалоба от уважаемого нами семейства железа на какую-то коррозию. Было это так. Как-то вечером в дом постучали. Железо пошел открывать. Ворвалась нахалка коррозия и ее сообщники – кислород, ионы водорода, электролит. Тут железо вышел из себя. И чем он больше накалялся, тем быстрее коррозия делала свое дело – железо покрывалось слоем окалины. И не только семейство железа, но и другие важные семейства страдают от коррозии. Спастись удается тем, кто имеет «чудо-кафтан». Платина. Но ведь у железа был такой кафтан из окалины? Золото. Нет, какой бы ни был слой окалины, он не способен защитить железо, т.к. через поры и трещины кислород проникает к металлу. А вот у алюминия на всей поверхности образуется защитная оксидная пленка, которая не по зубам коррозии. Коррозия. О, так тут речь обо мне идет! Вы интересуетесь моими похождениями? Платина. Кто ты такая? Коррозия. Я? Ну ладно, скажу. А вы запишите. Учитель. Слово «коррозия» происходит от латинского corrosio – разъедание. Коррозия – страшный бич для металлов и сплавов, это самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие их химического и электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Причина коррозии заключается в термодинамике самого процесса, т.к. любая система стремится избавиться от избыточной энергии и перейти в более устойчивое состояние. Сущность коррозии: это окислительно-восстановительный процесс, при котором атомы коррозирующего металла отдают свои валентные электроны, окисляются, чаще всего образуя оксиды и гидроксиды. Золото. Говорят, у вас много помощников? И почему вас величают то химическая, то – электрохимическая? В чем тут секрет? Коррозия. По характеру разрушений я бываю многоликая – сплошная, язвенная, точечная, межкристаллическая. А по механизму протекания – химическая и электрохимическая. Золото. Объясните ученикам 9-го класса, чем же химическая коррозия отличается от электрохимической? Коррозия. С помощью своих друзей я вам разъясню отличия. Если я иду странствовать, прихватив с собой кислород, хлор, оксид серы(IV), сероводород, то меня величают химической. Что вы сидите? А писать я за вас буду? Запишите: химическая коррозия – под воздействием внешней среды, не проводящей электрический ток. Но чаще я хожу с кислородом и оксидом азота(IV), и тогда меня называют атмосферной. Ну, братцы Хлор и Кислород. Хлор. Я с железом разобрался: 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3. Кислород. А я с медью повстречался: 2Cu + O2 = 2CuO. Учитель. В большинстве случаев продукты химической коррозии образуют на поверхности металлов пленку, что приводит к самозамедлению коррозионного процесса. Чаще всего разрушение металлов вызывает электрохимическая коррозия, которая является результатом взаимодействия двух или более металлов с раствором электролита и сопровождается возникновением внутри системы электрического тока. Наряду с химическими процессами (отдачей электронов) протекают и электрические – перенос электронов от одного участка к другому, т. е. от анода к катоду. Процесс разрушения происходит на анодных участках коррозирующего металла, его поверхность является короткозамкнутым гальваническим элементом. Электрохимический коррозионный процесс очень сложен, состоит из нескольких стадий: 1) анодный процесс – переход металла в раствор в виде ионов, т.е. разрушение металла:
разрушается более активный металл, с более отрицательным значением электродного потенциала; 2) переход электронов с анодного участка на катодный и движение ионов в растворе; 3) катодный процесс – металл с меньшей активностью принимает электроны: Ox + ne = Red (Ox – частица окислителя, Red – его восстановленная форма, n – число переданных окислителю электронов), тем самым усиливает коррозионный процесс. В зависимости от условий будут идти разные процессы. Давайте послушаем ученые умы. Гемфри Дэви. Действительно, в зависимости от условий протекают разные процессы. В кислой среде на катоде восстанавливаются ионы водорода:
А вот в нейтральной и щелочной средах проходит следующий процесс: O2 + 2H2O + 4e —> 4OH–. Течение этого вида коррозии усиливают влага воздуха, морская вода, влага почвы, жизнедеятельность бактерий. Электрохимической коррозии подвергаются, например, подводные части судов, паровые котлы, проложенные в земле трубопроводы. Майкл Фарадей. Я хочу еще раз пояснить процессы, происходящие на железе, если оно контактирует с другими металлами, например с медью. Кислая среда, например слабый раствор соляной кислоты:
Fe + 2HCl —> FeCl2 + H2. Нейтральная среда:
4Fe + 6H2O + 3O2 —> 4Fe(OH)3. Учитель. А сейчас я вас хочу познакомить с результатами эксперимента (рис.). (Опыты были заложены за 5 дней до проведения урока.) Ученики рассматривают кусочки железа, делают вывод о том, где оно прокорродировало сильнее. Золото. Итак, дорогие мои металлы, как вы уже поняли, дело мы имеем с очень и очень серьезной преступницей, которая в год уничтожает одного железа до 6 млрд. т, и поэтому нужно применять какие-то меры пресечения по отношению к гражданке коррозии. Коррозия. Ну, это вы зря меня преступницей называете. Я всего лишь шалунья, которая любит поозорничать с теми металлами, которые плохо лежат.
Платина. К тому же, дорогие мои коллеги, эта преступница чересчур заносчива и самоуверенна. Она только что сказала, что подвергает своему гнусному разрушению металлы, но, простите, нас, сестриц из семейства благородных металлов, это касается в меньшей степени. Да и алюминий и хром ее не очень боятся благодаря своему «кафтану» из оксида. Золото. Да, меры принять нужно, но какие? Коррозия. Никакие меры мне не страшны. Платина. Я знаю некоторых учеников, которые увлекаются химией. Давайте их пригласим. Приглашаются учащиеся класса, которые рассказывают о важнейших методах защиты металлов от коррозии: 1) применение химически стойких сплавов; 2) защита поверхности металла покрытиями; 3) обработка коррозионной cреды; 4) электрохимические методы. В конце урока проводится закрепление изученного материала. Например задаются вопросы. 1) Как защитить автомобиль от коррозии? Можно ли использовать протекторный анод, если нет электролита? 2) Почему человек, имея во рту зубные коронки, изготовленные из разных металлов, например золота и железа (стали), испытывает зубную боль? Т.И.НАСОНОВА,
|
