Строительство в Севастополе — сообщество мастеров строителей и отделочников
Строительные работы в Севастополе
Процесс коррозии железа чаще всего сводится к его окислению кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, и превращению его в оксиды. Коррозия металлов (ржавление) вызывается окислительно-восстановительными реакциями, протекающими на границе металла и окружающей среды. В зависимости от механизма возникновения, различают такие виды коррозии железа, как: химическая, электрохимическая и электрическая. Окислительно-восстановительные реакции в данном случае проходят через переход электронов на окислитель. В процессе коррозии такого типа кислород воздуха взаимодействует с поверхностью железа. При этом образуется оксидная пленка, которая называется ржавчиной: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO•Fe2O3) В отличие от плотно прилегающих оксидных пленок, которые образуются в процессе коррозии на щелочных металлах, алюминии, цинке, рыхлая оксидная пленка на железе свободно пропускает к поверхности металла кислород воздуха, а также другие газы и пары воды. Это способствует дальнейшей коррозии железа. Этот вид коррозии проходит в среде, которая проводит электрический ток. Металл в грунте подвергается, преимущественно, электрохимической коррозии. Процесс коррозии такого типа – это результат химических реакций с участием компонентов окружающей среды. Также электрохимическая коррозия возникает в случае контакта металлов, находящихся в ряду напряжений на некотором расстоянии друг от друга, в результате чего возникает гальваническая пара катод-анод. Атмосферный и грунтовый процесс коррозии выражается схемой: Fe + O2 + h3O → Fe2O3 · xh3O В результате образуется ржавчина различной расцветки, что обусловлено тем, что образуются различные окислы железа. Какое именно вещество образуется в процессе коррозии железа, зависит от давления кислорода, влажности воздуха, температуры, длительности процесса, состава железного сплава, состояния поверхности изделия и т. д. Скорость разрушения разных металлов различна. Процесс коррозии металла в растворах электролитов – это результат работы большого количества микроскопических гальванических элементов, у которых в качестве катода выступают примеси в металле, а в качестве анода – сам металл. В результате чего возникают микроскопические гальванические элементы. Также атомы железа на разных участках имеют различную способность отдавать электроны (окисляться). Участки металла, на котором протекает этот процесс, выступают в роли анода. Остальные участки – катодные, на которых происходят процессы восстановления воды и кислорода: h3O + 2e– = 2OH– + h3↑ O2 + 2h3O + 4e– = 4OH– Результат – из ионов железа (II) и гидроксид-ионов образуется гидроксид железа (II). Далее идет его окисление до гидроксида железа (III) – основного компонента ржавчины: Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2Fe(OH)2 + O2 + h3O → Fe2O3 · xh3O Для того чтобы гальванический элемент работал, необходимо наличие двух металлов различной химической активности и среды, которая проводит электрический ток, – электролита. При контакте железа и другого металла (например, цинка) коррозия железа замедляется, а более активного металла (цинка) – ускоряется. Это обусловлено тем, что поток электронов идет от более активного металла (анода) к менее активному металлу (катоду). Так, при контакте железа с менее активным металлом, коррозия железа ускоряется. Такой вид разрушения металлических подземных конструкций, кабелей и сооружений могут вызывать блуждающие токи, исходящие от трамваев, метро, электрических железных дорог и различных электроустановок с постоянным током. Ток с металлических конструкций выходит в грунт в виде положительных ионов металла – происходит электролиз металла. Участок выхода токов – это анодные зоны. Именно в них и протекают активные процессы электрической коррозии железа. Блуждающие токи могут достигать 300 А и действовать в радиусе нескольких десятков километров. Блуждающими токами, исходящими от источников переменного тока, вызывается слабая коррозия подземных стальных конструкций, и сильная – конструкций из цветных металлов. Защита металлических конструкций от коррозии является очень важной задачей, так как она причиняет огромные убытки. notehspb.ru Cтраница 1 Ржавление железа и конструкций из нее относится к химической коррозии. [1] Ржавление железа почти не идет в сухом воздухе и весьма интенсивно протекает во влажном воздухе. Естественно, что выпадение осадков ( дождь, снег) и ветер оказывают влияние на коррозию железа в атмосферных условиях. [2] Ржавление железа - явление весьма вредное для народного хозяйства. [4] Ржавление железа начинается в местах, где какие-либо условия нарушили сплошность фильмов окислов. Начальная стадия сводится к образованию очагов ржавления. В дальнейшем распространение ржавления в зависимости от подачи кислорода и двуокиси углерода совершается различными путями. Оно направляется или по преимуществу в толщу металла, что приводит к случаям точечного разъедания металла ( pitting - явлениям), или распространяется по поверхности, что отвечает случаям выедания металла и случаям более равномерной коррозии вдоль поверхности. [5] Ржавление железа начинается в местах, где какие-либо условия нарушили сплошность фильмов окислов. Начальная стадия сводится к образованию очагов ржавления. В дальнейшем распространение ржавления в зависимости от подачи кислорода и двуокиси углерода совершается различными путями. Оно направляется или по преимуществу в толщу металла, что приводит к случаям точечного разъедания металла ( pitting - явлениям), или распространяется по поверхности, что отвечает случаям выедания металла и случаям более равномерной коррозии вдоль поверхности. [6] Ржавление железа и чугуна, покрытие зелеными окислами меди и латуни, образование белого налета на олове, цинке и алюминии, потемнение серебра, потускнение никеля и других металлов и сплавов представляет собой разновидность коррозии. [7] При ржавлении железа образуется вещество, которое по своим свойствам резко отличается от исходного железа. Значит, в данном случае происходит превращение вещества, т.е. протекает химический процесс. [8] Поскольку скорость ржавления железа определяется концентрацией кислорода в воде, понятно, что при испытании имеет значение доступ кислорода к корродирующей поверхности. С повышением температуры концентрация кислорода в воде уменьшается; добавление к воде различных солей в большом количестве также снижает растворимость кислорода. Поэтому концентрированные растворы солей щелочных и щелочноземельных металлов для железа и стали неопасны. Но разбавленные растворы этих солей, особенно хлоридов, вызывают усиление коррозии стали. Это объясняется тем, что в присутствии хлор-иона затрудняется процесс образования плотного покрова ржавчины, так как этот ион разрушает окисную пленку. [9] Рассмотрим сущность ржавления железа в нейтральной среде. В этом явлении, протекающем в условиях влажного воздуха, различают два процесса: анодный и катодный. [10] Как происходит процесс ржавления железа под влиянием влажного воздуха. [11] Влияние гигроскопических веществ на ржавление железа установлено также работой Пальмаера4, который помещал влажные образцы железа в закрытые сосуды над водой и измерял абсорбцию кислорода, как показатель скорости коррозии. [12] Общеизвестным примером коррозии служит ржавление железа. Железо в этом соединении находится в виде положительно трехвалентных ионов. Таким образом, при коррозии электронейтральные атомы железа теряют электроны, превращаясь в заряженные ионы. [13] Попытаемся доказать, что ржавление железа относится к числу химических реакций. [14] Само явление коррозии ( ржавление железа, разрушение других металлов) известно давно-с тех пор как люди начали пользоваться металлическими изделиями. Тогда же стала известна стойкость таких металлов, как золото и серебро. [15] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ruБольшая Энциклопедия Нефти и Газа. Ржавление железа
Процесс коррозии железа. Химическая коррозия, электрохимическая коррозия, элетрокоррозия
Процесс химической коррозии железа
Процесс электрохимической коррозии
Процесс электрической коррозии
Ржавление - железо - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Ржавление - железо
Железо ржавление - Справочник химика 21
Нередко состояния, относительно мало устойчивые в термодинамическом смысле, практически длительно сохраняются во времени, что дает возможность применять вещества в таких состояниях. Так, окислы железа являются более устойчивыми в обычных условиях в присутствии кислорода, чем металлическое железо. Однако это не мешает широко применять металлическое железо в атмосферных условиях, хотя при этом и происходит некоторая потеря железа (ржавление), а в соответствующих условиях железо приобретает пирофорные свойства (см. примечание к стр. 358). Также и углекислый гае в обычных условиях является более устойчивым, чем уголь или графит. Однако это не препятствует их- применению в присутствии кислорода, хотя при определенных условиях может произойти самовозгорание угля. [c.227]
Особенно широко распространен процесс коррозии с кислородной деполяризацией. Он наблюдается в случае коррозии металлов в воде, почве и т. д. Примером может служить ржавление железа во влажном воздухе, при котором продуктом коррозии является гидрат закиси железа, постепенно окисляющийся до гидрата окиси железа [c.134]
При ржавлении металлическое железо окисляется, переходя в состояние окисления + 2, и отслаивается от металла в виде хлопьев, состоящих из РеО или других оксидов железа. Коррозия алюминия протекает еще энергичнее [c.190]
Однако это определение не отвечает на вопрос о том, как отличить элемент, когда мы встречаемся с ним. Более практическое определение элемента принадлежит Роберту Бойлю (1627-1691) Элемент-это вещество, которое при химическом превращении всегда увеличивает свой вес . Это утверждение следует понимать в том смысле, которь[й ему приписывался. Например, при ржавлении железа образующийся оксид железа имеет больший вес, чем исходное железо. Однако вес железа и соединяющегося с ним кислорода точно равен весу образующегося оксида железа, И наоборот, когда мы нагреваем красный порошок оксида ртути, происходит выделение газообразного кислорода, а остающаяся серебристая жидкая ртуть имеет меньший вес, чем исходный красный порошок. Но если это разложение проводится в закрытой реторте, можно убедиться, что в процессе реакции не происходит изменения общего веса всех веществ, (Лишь спустя 100 лет после Бойля Лавуазье провел опыты с точным взвешиванием, продемонстрировав, что в подобных реакциях выполняется закон сохранения массы,) [c.270]
Сильнее всего коррозии подвергается железо. Ежегодно от коррозии теряется около четверти мировой добычи железа. Ржавление железа — сложный процесс, в результате которого на поверхности металла образуется гидроксид железа Ре(ОН)з, представляющий собой рыхлую массу красно-коричневого цвета. Он не предохраняет железо от дальнейшего воздействия на него окружающей среды, а поэтому железо разрушается до конца. Некоторые металлы, например алюминий, цинк, хром, при соприкосновении с кислородом воздуха покрываются плотной пленкой оксида, которая защищает их от дальнейшего разрушения. [c.261]
Ржавлением называется коррозия железа и его сплавов с образованием продуктов коррозии, состоящих в основном из гидратированных оксидов железа. Цветные металлы, следовательно, корродируют, но не ржавеют. [c.16]
Коррозии подвержены почти все -металлы и, особенно, железо, ржавление которого является частным случаем коррозии металлов. [c.292]
Большая часть добываемого цинка используется для оцинкования железа (предохранения от ржавления), а также для получения различных сплавов. Из последних наиболее известны латунь (60% Си, 40% Zn), томпак (90% Си, 10% Zn), нейзильбер (65% Си, 20% Zn, 15% Ni). Из кадмия изготовляют регулирующие стержни атомных реакторов. Его применяют для получения легкоплавких сплавов, гальванических покрытий, электродов щелочных аккумуляторов, механически прочных медно-кадмиевых сплавов для электро- [c.633]
Разрушение металлов под воздействием внешней среды называется коррозией. Ржавление — частный случай коррозии, когда разрушению подвергаются черные металлы, т. е. железо и его сплавы. В зависимости от характера внешней среды, с которой взаимодействует металл, различают два вида коррозии — химическую и электрохимическую. = [c.131]
Один из способов предотвращения ржавления заключается в защите поверхности железа от влаги и кислорода путем нанесения какого-либо искусственного покрытия, например краски. Хорошая краска пристает X поверхности железа лучше, чем FeO, но и она не остается на поверхности навсегда. [c.191]
Как известно, химическая кинетика изучает скорости протекания реакций и зависимость этих скоростей от различных факторов — природы, концентрации реагирующих веществ, давления, температуры, катализаторов и др. Опыт показывает, что скорости химических реакций могут значительно отличаться друг от друга некоторые реакции, сопровождающиеся взрывом, протекают в тысячные доли секунды, другие же совершаются в течение значительно более длительного времени. Так, ржавление железа становится заметным уже через несколько часов после того, как оно пришло в контакт с водой или влажным воздухом, а процессы, совершаемые в земной коре (например, образование антрацита), протекают в течение сотен и тысяч лет. [c.84]
Какое из указанных ниже защитных средств не предохранит железо от ржавления (т.е. окисления), если его поверхность окажется поврежденной [c.596]
Сплавы железа с углеродом и легирующими добавками, улучшающими отдельные свойства марганец до 14% (износоустойчивость) хром до 13% (твердость, устойчивость к ржавлению) [c.262]
К третьей группе принадлежат такие процессы, как опускание груза на более низкий уровень, взаимная нейтрализация сильной кислоты и сильного основания, любая реакция, используемая в работающем гальваническом элементе, сгорание горючего, взрыв взрывчатого вещества, ржавление железа, кристаллизация переохлажденной или вскипание перегретой жидкости, переход вещества из стеклообразного состояния в кристаллическое и др. Процессы этой группы называют положительными, в отличие от процессов первой группы, требующих затраты работы, которые называют отрицательными. [c.205]
В качестве других примеров можно привести реакции растворения, травления металлических стружек кислотой, ржавления железа и т. п. [c.330]
Равномерная коррозия включает общеизвестные ржавление железа или потускнение серебра. Помутнение никеля и высокотемпературное окисление металлов также являются примерами равномерной коррозии. [c.26]
Большая часть добываемого цинка используется для оцинковывания железа (предохранения от ржавления), а также для получения различных сплавов. Из последних наиболее известны латунь (60% Сц, 40% [c.581]
А. нежелательна, т. к. приводит к порче пищевых продуктов, осмолению масел и бензинов, старению каучука, ржавлению железа. Для предотвращения А. добавляют антиокислители, металл покрывают защитной пленкой. [c.35]
Одним из наиболее широко известных коррозионных процессов является ржавление железа. С экономической точки зрения это очень важный процесс. Согласно имеющимся оценкам, 20% железа, производимого ежегодно в США, идет на замену железных изделий, пришедших в негодность из-за ржавления. [c.230]
Известно, что в ржавлении железа участвует кислород железо не окисляется в воде в отсутствие кислорода. В процессе ржавления также принимает участие вода железо не корродирует в масле, насыщенном кислородом, если в нем нет следов воды. Ржавление ускоряется под действием целого ряда факторов, таких, как pH среды, наличие в ней солей, контакт железа с металлом, который окисляется труднее, чем железо, а также под влиянием механических напряжений. [c.230]
Конечными продуктами процесса ржавления железа являются а- и у-модификацпи РеО (ОН) и Рез04. Суммарно (упрощенно) процесс ржавления железа представляют уравнением [c.193]
Запись данных опыта. Описать наблюдаемые явления и ответить на поставленные вопросы. Дать схему перехода электронов при коррозии оцинкованного и луженого железа и указать, в каком случае при местном разрушении защитного покрытия будет происходить ржавление железа под остающимся неизменным защитным слоем. [c.114]
Опыт показывает, что скорости химических реакций весьма различны. Так, продолжительность взрыва составляет миллионные доли секунды, а ржавление железа в атмосферных условиях может затягиваться на многие годы. Химические процессы, ис- [c.253]
Совершенно иными свойствами обладают оловянные покрытия. Жесть, из которой изготовлены консервные банки, представляет собой железо, покрытое оловом. В табл. 19-1 восстановительных потенциалов олово расположено выше железа следовательно, ионы обладают большей способностью восстанавливаться до металлического состояния, чем ионы Ре . Это означает, что оловянное покрытие благоприятствует окислению железа, т.е. его ржавлению. Поэтому жестяная банка не подвержена ржавлению только до тех пор, пока вся поверхность олова остается неповрежденной. Поцарапайте жестяную банку, и она наверняка поржавеет. Оловянное покрытие играет роль лишь очень прочной и плотно прилегаюшей идеальной краски. Благодаря этому жестяные изделия не загрязняют навеки окружаюшую среду. Со временем жестяные банки саморазрушаются, но этого не происходит с алюминиевыми предметами. [c.192]
Основным продуктом ржавлении железа считают гидроксид Ре(0Н)з. При удалении влаги (высушивании) гидроксид частично отщепляет воду [c.380]
Железо способно окисляться и кислородом, и водой, а их совместное воздействие резко увеличивает скорость коррозии. Процесс коррозии (ржавления) железа при этих условиях выражается следующим суммарным уравнением [c.234]
Чистые металлы корродируют медленно (даже железо). Однако технические металлы, содержащие различные примеси, корродируют гораздо быстрее. Значит, наличие примесей в металлах — одна из причин ускорения коррозии. Поясним это на примере. Чистые цинк и железо в воде корродируют медленно, но если пластинки этих металлов привести в соприкосновение, коррозия цинка резко ускорится, железа — прекратится вообще. Объясняется это явление следующим образом. Как известно, вследствие частичной растворимости на поверхности металла, погруженного в воду, возникает отрицательный заряд, а контактирующий с поверхностью металла раствор заряжается положительно. Возникающий скачок потенциала между металлом и раствором (электродный потенциал) препятствует дальнейшему выходу катионов из кристаллической решетки металла в раствор, т. е. растворению металла. Этот скачок потенциала будет тем больше, чем левее в ряду напряжений расположен металл. Если в растворе присутствует кислород, то он будет выступать как окислитель, снимая с поверхности металла электроны, и процесс растворения металла, следовательно, будет продолжаться (см. уравнение реакции ржавления железа). Окислителем по отношению к металлу в растворе могут также выступать ионы водорода при растворении металлов в растворах кислот или воде. Но поскольку концентрация ионов водорода в чистой воде очень мала, то для вытеснения водорода из воды, т. е. ра- [c.261]
Отсюда становится понятным, почему наиболее интенсивно ржавление железа протекает при одновременном присутствии влаги и кислорода. В сухом воздухе или в воде, не содержащей растворенного кислорода, железо практически не ржавеет. [c.280]
Если окисление идет быстро с выделением большого количества теплоты и света, то такой процесс называют горением. Процессы окисления, протекающие медленно, в зависимости от характера окисляющегося вещества называют ржавлением (для железа), тлением (для органических остатков). Если медленное окисление происходит в большой массе вещества, то теплота может накопиться и привести к интенсивному горению (самовоспламенение на складах соломы, угля, хлопка, зерна). Медленное окисление пищи (жиров, углеводов и белков) в нашем организме — энергетическая база жизни. [c.128]
Железо также реагирует с кислородом, но гораздо медленнее. Ржавление металла (один из видов коррозии) включает в себя ряд реакций, в которых принимают участие вода и газообразный кислород. Хорошо известно, например, что сухая железная кухонная утварь не ржавеет. Машины также быстрее ржавеют на морском берегу, чем в пустыне. С химической точки зрения ржавчина — это смесь ряда железосодержащих соединений, в основном состава Ре20з. [c.129]
Если судить по шкале окислительно-восстановительных потешщалов, алюминий должен проявлять большую склонность к окислению, чем железо. Однако все знают, что алюминий довольно устойчив к коррозии, тогда как ржавление железа и стали представляет собой серьезную экономическую проблему. Как это объяснить [c.190]
Химические свойства воды также определяются ее составом и строением. Молекулу воды можно разрушить только энергичным внешним воздействием. Вода начинает заметно разлагаться только при 2000 °С (термическая диссоциация) или под действием ультрафиолетового излучения (фотохимическая диссоциация). На воду действует также радиоактивное излучение. При этом образуются водород, кислород и пероксид водорода Н2О2. Щелочные и щелочноземельные металлы разлагают воду с выделением водорода при обычной температуре, а магний и цинк — при кипячении. Железо реагирует с водяными парами при красном калении. Вода является одной из причин коррозии — ржавления металлов (с. 156). Благородные металлы с водой не реагируют. [c.101]
В первом случае местное повреждение поверхности приводит к ржавлению железа под остающимся неизменным слоем олова. Во втором случае, наоборот, происходит разрушение покровного слоя цинка, тогда как коррозия железа задерживается. Это происходит оттого, что железо более активно, чем олово, и менее активно, чем цинк (в ряду активности металлов цинк стоит перед железом, а олово — после железа). При ржавлении образуется вначале гидроокись железа (II), которая окисляется во влажном воздухе в гидроокись железа (III) по уравнению 4Ре(0Н)2 + 02 + 2Н20->-- -4Ре(ОН)з или (электродное уравнение) 02 + 2Н20-Н4е-- 40Н-Корро п1я такого типа обычно происходит в нейтральных водах Кислород содержится в воде, но по мере связывания может посту пать из воздуха. Коррозия с поглощением кислорода часто прини мает точечную форму, которая сопровождается вздутием поверх ности над пораженными местами. Например, это наблюдается при точечной коррозии магистральных трубопроводов для горячей во- [c.176]
Задание. Какие процессы из перечнслеиных можно назвать самопроизвольными распрямление сжатой пружины, заряд аккумулятора, нейтрализация кислоты щелочью, взрыв, ржавление железа, переход теплоты от горячего тела к холодному. [c.57]
Довольно часто железо покрывают слоем олова ( лужение ), которое устойчиво к действию воды обычного солевого состава в присутствии кислорода воздуха. Поведение луженого железа в условиях эксплуатации изделий принципиально противоположно поведению оцинкованного железа. Повреждение слоя цинка на железе приводит к разъеданию цинка, что предохраняет железо от ржавения. Но повреждение слоя олова приводит к ржавлению железа при неизменяемости покрытия. При этом также возникает гальванический элемент, но направ--ление перехода электронов в нем иное, чем в случае с оцинкованным железом. Железо в соответствии со значениями стандартных электродных потенциалов обладает большей способностью посылать ионы в раствор и приобретает отрицательный заряд. В соответствии с этим электроны с железа переходят на олово, на поверхности которого они, взаимодействуя в кислот- [c.379]
Кадмий сильно поглощает медленные нейтроны. Поэтому его используют в виде стержней в ядерных реакторах для регулирования скорости цепной реакции. Кялмий используется в щелочных а1скумуляторах, входит в лекоюрые-сплавы. Сплавы меди, содержащие - 1% d, служат для изготовления проводов, подвергающихся трению от скольжения контактов не снижая электрической проводимости меди, кадмий улучшает ее механические свойства. Кадмирование стальных изделий лучше, чем цинковое покрытие, предохраняет железо и сталь от ржавления. Из солей кадмия наибольшее применение имеет сульфид. Сульфид кадмия применяется для изготовления краски и цветных стекол. [c.425]
Гидроксид железа (III) является главной составной частью ржавчины. Основные реакции ржавления железа заклю чаются в следующем. Вначале имеет место вытеснение железом водорода из воды [c.280]
Растворенный в воде кислород окисляет Fe + до Ре +, а также выделяющийся водород, который в нерзоначальный момент находится в атомарном состоянии. Суммарное уравнение реакции ржавления железа можно записать так [c.280]
На воздухе железо легко окисляется, особенно быстро происходит процесс окисления в присутствии вляги (ржавление) [c.352]
В качестве примера мИкрокоррозионного процесса рассмотрим ржавление технического железа. [c.359]
chem21.info
Ржавчина - это... Что такое Ржавчина?
Цвета ржавчиныРжа́вчина является общим термином для определения оксидов железа. В разговорной речи этот термин применяется к красным окислам, образующимся в результате реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в результате реакции железа с хлором при отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, в арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называют его зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы визуально или с помощью спектроскопии, они формируются при разных внешних условиях.[1] Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe2O3·nh3O и метагидроксида железа (FeO(OH), Fe(OH)3). При наличии кислорода и воды и достаточном времени любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. Поверхность ржавчины не создаёт защиту для нижележащего железа, в отличие от образования патины на медной поверхности.
Ржавчиной как правило называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются коррозии, но именно оксиды обычно не называют ржавчиной.
Химические реакции
Толстый слой ржавчины на звеньях цепи возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско. Цепь постоянно подвергается воздействию сырости и солёных брызг, вызывающих разрушение поверхности, растрескивание и шелушение металла.Причины ржавления
Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, чугун), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух агентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.[2]
Происходящие реакции
Покрытый ржавчиной и грязью болт. Заметна точечная коррозия и постепенная деформации поверхности, вызванная сильным окислением.Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду.[3] Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановления кислорода:
O2 + 4 e- + 2 h3O → 4 OH-Поскольку при этом образуются ионы гидроксидов, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:
Fe → Fe2+ + 2 e−Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:
4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:
Fe2+ + 2 h3O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+ Fe3+ + 3 h3O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:
Fe(OH)2⇌ FeO + h3O Fe(OH)3⇌ FeO(OH) + h3O 2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + h3OИз приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо(II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe3O4). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)3-xOx/2. Характер коррозии меняется со временем, отражая медленные скорости реакций твёрдых тел.
Кроме того, эти сложные процессы зависят от присутствия других ионов, таких как Ca2+, которые служат в качестве электролита, и таким образом, ускоряют образование ржавчины, или в сочетании с гидроксидами и оксидами железа образуют различные осадки вида Ca-Fe-O-OH.
Более того, цвет ржавчины можно использовать для проверки наличия ионов Fe2+, которые меняет цвет ржавчины с жёлтого на синий.
Предотвращение ржавления
Отслаивающаяся краска обнажает участки ржавой поверхности листового металла.Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали формируется пассивирующий слой оксида хрома(III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.
Гальванизация
Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее является кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.
Катодная защита
Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.
Лакокрасочные и другие защитные покрытия
От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. История красок для нанесения на ржавчину насчитывает 50 лет, когда в Англии была изобретена краска Hammerite. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы от коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким рН. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё является проблемой.
Покрытие слоем металла
Ржавчина может полностью разрушить железо. Обратите внимание на гальванизацию незаржавевших участков.- Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего цинкования или метод цинкового дутья.
- Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова.
- Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий, полированный внешний вид. Часто используется в блестящих компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.
Воронение
Воронение — это метод, который может обеспечить ограниченную устойчивость к коррозии для мелких предметов из стали, таких как огнестрельное оружие и др. Метод состоит в получении на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. Для придания блеска, а также для улучшения защитных свойств окисной плёнки, её пропитывают минеральным или растительным маслом.
Снижение влажности
Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающей железо атмосферы. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.
Ингибиторы
Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах.
Экономический эффект
Ржавчина вызывает деградацию инструментов и конструкций, изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстому разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему участках — явление, называемое «поеданием ржавчиной». Это явление стало причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных плит и сдвинул её с опор. Ржавчина была также главным фактором разрушения Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году, когда стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. Погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.
Мост Кинзу после разрушения.Мост Кинзу в штате Пенсильвания была снесён торнадо в 2003 году в значительной степени потому, что центральные базовые болты, соединяющие конструкцию с землёй, проржавели, предоставив мосту возможность держаться просто под действием силы тяжести.
Кроме того, коррозия покрытых бетоном стали и железа может вызвать раскалывание бетона, что создает серьёзные конструкторские проблемы. Это один из наиболее распространённых отказов железобетонных мостов.
См. также
Примечания
- ↑ Interview, David Des Marais.(недоступная ссылка — история)
- ↑ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
- ↑ Hubert Gräfen, Elmar-Manfred Horn, Hartmut Schlecker, Helmut Schindler "Corrosion" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim, 2002. DOI: 10.1002/14356007.b01_08
Ссылки
dic.academic.ru
Коррозия железа | Химическая энциклопедия
Процесс электрохимической коррозии является результатом сложных гетерогенных химических реакций, в которых участвуют компоненты окружающей среды. Чаще всего мы встречаемся с атмосферной коррозией,
вызванной присутствием кислорода и паров воды. В этом случае процесс коррозии можно условно выразить следующей суммарной схемой:
Fe + O2 + h3O → Fe2O3· xh3O.
Продукт процесса коррозии железа — ржавчина — не имеет стехиометриче-ского состава. Строго говоря, в каждом конкретном случае (давление кислорода, влажность воздуха, температура, длительность процесса, состав железного сплава, состояние поверхности изделия и т. д.) образуются разные по составу вещества или смесь веществ. По этой причине на практике можно наблюдать ржавчину с широкой цветовой гаммой — от светло-желтого до темно-коричневого или почти черного цвета.
Важную роль в процессе коррозии играет неоднородность (на микроуровне) поверхности изделия. На практике эта неоднородность может быть вызвана примесями (легирующие добавки), включениями (цементит Fe3C), границами зерен микрокристаллов железа, микротрещинами, различной степенью шероховатости поверхности и т. д. Из-за этого атомы железа на разных участках имеют различную способность отдавать электроны, т. е. окисляться, и в результате возникают гальванические элементы микроскопических размеров (рисунок ниже):
Fe — 2e– = Fe2+.
Схема электрохимической коррозии железа
Участок металла, на котором протекает этот процесс, играет роль анода.Соседние участки металла, обладающие другими свойствами, выполняют роль катода. Электроны, отданные атомами железа, по металлу переходят на эти участки и вызывают процесс восстановления. На катоде одновременно протекают процессы восстановления воды и растворенных в воде молекул кислорода:
h3O + 2e– = 2OH– + h3↑;
O2 + 2h3O + 4e– = 4OH–.
В конечном результате из ионов железа(II) и гидроксид-ионов образуется гидроксид железа(II), который далее окисляется до гидроксида железа(III) переменного состава, являющегося основным компонентом ржавчины. Упрощенно эти процессы можно выразить следующим образом:
Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2;Fe(OH)2 + O2 + h3O → Fe2O3 · xh3O.
Если железное изделие привести в контакт с другим металлом, то в зависимости от его активности процесс коррозии либо ускоряется, либо замедляется.
Так, если второй металл является более активным, то процесс коррозии железа замедляется за счет коррозии более активного металла. Например, железо в контакте с цинком будет подвергаться коррозии значительно медленнее до тех пор, пока не разрушится весь цинк.
Если железо находится в контакте с менее активным металлом, то его коррозия резко усиливается. Например, железо в контакте с оловом подвергается коррозии значительно быстрее, чем чистое железо.
Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать
abouthist.net
Ржавчина
Ржавчина - продукт взаимодействия внешней окислительной атмосферы с железом. Процесс ее образования называется ржавлением ( коррозия ). Термин «ржавчина» присущ только продуктам коррозии железа и его сплавов. Любые другие металлы могут корродировать, но не ржаветь!
Ржавчина - это гидратированная окись железа (гидроксид железа). Химическая формула ржавчины - Fe2O3•h3О (иногда пишут просто Fe2O3). На поверхности образуется в виде шероховатого налета, который имеет рыхлую структуру. Цвет ржавчины - от оранжевого до красно-коричневого.
Железо при рН среды > 5,5 образует труднорастворимый гидрат закиси железа, имеющий белый цвет:
Fe2+mh3O + 2OH- = mh3O + Fe(OH)2↓
При взаимодействии гидрата закиси железа с растворенным кислородом в воде, образуются еще более труднорастворимое соединение - гидрат окиси железа (бурый цвет):
2Fe(OH)2 + 1/2 O2 + h3О = 2Fe(OH)3↓
Вторичные продукты коррозии (Fe(OH)2 и Fe(OH)3) могут и дальше превращаться, с образованием гидратированных окислов FeO•Fe2O3•nh3О - ржавчины. FeO - нестабильное соединение, поэтому в формуле ржавчины его часто просто не записывают.
Реакции образования ржавчины:
2e + 2H+ - h3;
4e +O2 + 4H+ - 2h3O;
2e + Fe(OH)2 + 2H+ - Fe + 2h3O;
2e + Fe2+ - Fe;
2e + Fe(OH)3- + 3H+ - Fe + 3h3O;
e + Fe(OH)3 + H+ - Fe(OH)2 + h3O;
e + Fe(OH)3 + 3H+ - Fe2+ + 3h3O;
Fe(OH)3- + H+ - Fe(OH)2 + h3O;
e + Fe(OH)3 - Fe(OH)3-;
Fe3+ + 3h3O - Fe(OH)3 + 3H+;
Fe2+ + 2h3O - Fe(OH)2 + 2H+;
e + Fe3+ - Fe2+;
Fe2+ + h3O - FeOH + H+;
FeOH+ + h3O > Fe(OH)2 + H+;
Fe(OH)2 + h3O - Fe(OH)3- + H+;
Fe3+ + h3O - FeOh3+ + H+;
FeOh3+ + h3O - Fe(OH)3 + H+;
FeOh3+ + H+ - Fe2+ + h3O;
e + FeOh3+ + 2H+ - Fe2+ +2h3O;
e + Fe(OH)3 + H+ - Fe(OH)2 + h3O;
e + Fe(OH)3 + 2H+ - FeOH+ + 2h3O;
e + Fe(OH)3 + 3H+ - Fe2+ + 3h3O.
Ржавчина может существовать в двух формах: магнитной (γ- Fe2O3) и немагнитной (α-Fe2O3). Гидратированная окись железа в α форме (гематит) -более стабильное соединение. Раствор, насыщенный ржавчиной, почти нейтральный. γ- Fe2O3 обычно между гидратированными оксидами Fe2O3 и FeO образует черный промежуточный слой. Поэтому можно сказать, что ржавчина состоит из трех слоев оксидов железа разной степени окисления.
Процесс ржавления металла начинается только при наличии в воздухе влаги. При попадании на поверхность изделия из железа капли воды, спустя некоторое время, можно заметить изменение ее цвета. Капля становится мутной и постепенно окрашивается в бурый цвет. Это свидетельствует о появлении, в месте контакта воды с поверхностью, продуктов коррозии железа.
Если ржавчина уже образовалась - остановить процесс коррозии крайне трудно и не всегда удается. Лучше его предупреждать и заранее защищать металл!
www.okorrozii.com
Ржавление - железо - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Ржавление - железо
Cтраница 2
При химических реакциях ( ржавлении железа, обращении путем нагревания меди в медную окалину, древесины - в уголь и горючие газы) всякий раз исчезновение одних веществ сопровождается образованием новых веществ; химическая реакция - это превращение одних веществ в другие. В повседневном опыте встречаются, однако, и такие реакции, при которых исчезновение одних веществ не сопровождается явным образом возникновением других, как например, горение древесины и других горючих веществ. Но противоречие устраняется при проведении реакций горения с улавливанием ускользающих от прямого наблюдения продуктов: воды путем накрывания пламени сухим стаканом ( его стенки отпотевают) и углекислого газа путем накрывания пламени стаканом, стенки которого смочены раствором гашеной извести; наблюдается помутнение капель раствора. [16]
Известно, что в ржавлении железа участвует кислород; железо не окисляется в воде в отсутствие кислорода. В процессе ржавления также принимает участие вода; железо не корродирует в масле, насыщенном кислородом, если в нем нет следов воды. Ржавление ускоряется под действием целого ряда факторов, таких, как рН среды, наличие в ней солей, контакт железа с металлом, который окисляется труднее, чем железо, а также под влиянием механических напряжений. [17]
Какие процессы происходят при ржавлении железа. [18]
Равномерная, коррозия включает общеизвестные ржавление железа или потускнение серебра. Помутнение никеля и высокотемпературное окисление металлов также являются примерами равномерной коррозии. [20]
Примером коррозии металлов может служить ржавление железа под воздействием влажного воздуха, в результате чего на поверхности металла образуется бурый слой ржавчины. [21]
Как известно, действительный механизм ржавления железа, несмотря на многочисленные исследования, до сих пор не вполне ясен. Одним из основных вопросов, связанных с коррозией, является определение источника кислорода при влажной коррозии железа. Этим донором кислорода, входящего в состав ржавчины, может быть как кислород воды, так и кислород воздуха. В зависимости от ответа на этот вопрос получают подтверждение те или иные теории коррозии. [22]
Электрохимическая коррозия, Рассмотрим сущность ржавления железа в нейтральной среде. В этом явлении, протекающем в условиях влажного воздуха, различают два процесса: анодный и катодный. [23]
В чем состоит сущность процесса ржавления железа. [24]
Большим недостатком термопар с железом является ржавление железа. Окислению при высоких температурах лучше всех противостоят хромель-алюмелевые термопары. [25]
Большим недостатком термопар с железом является ржавление железа. Лучше всех термопар из неблагородных металлов противостоят окислению при высоких температурах хромель-алюмелевые термопары. [26]
Какое действие оказывает магний на скорость ржавления железа. [27]
Отсюда становится понятным, почему наиболее интенсивно ржавление железа протекает при одновременном присутствии влаги и кислорода. В сухом воздухе или в воде, не содержащей растворенного кислорода, железо практически не ржавеет. [28]
То же самое справедливо и в случае ржавления железа: железо в процессе ржавления становится тяжелее, так как оно при этом соединяется с кислородом. [29]
Совместное действие свободной углекислоты и кислорода вызывает - ржавление железа. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
