Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель
§ 12. Корозія металів
Пожежі — не єдине хімічне явище за участю кисню, яке завдає шкоди людству. З одним із таких явищ зіткнулися ще давні римляни (адже слово «корозія» прийшло до нас з латинської мови). Напевно, їх неабияк дивувало руйнування міцних виробів із заліза. Вони назвали це явище «роз’їданням» металу.
Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте
- Яке явище називають корозією?
- Які хімічні перетворення зумовлюють корозію металів?
- На чому ґрунтується захист металів від корозії?
Корозія металів. Ви часто стикаєтеся з металевими предметами, які змінили свій попередній вигляд. Вироби з деяких металів поступово втрачають характерний блиск. Залізо іржавіє, тобто вкривається пухким бурим нальотом. Причиною цих змін є реакції металів з киснем, водою (у рідкому й газуватому станах), розчиненими в ній речовинами.
Явище самочинного руйнування металів унаслідок їх хімічних реакцій з речовинами довкілля називають корозією.
Корозія завдає значної шкоди. Іржа знищує майже 20 % усієї кількості заліза, виробленого металургійними заводами, а це — мільйони тонн. Речовини довкілля діють і на інші метали.
Думаймо
Назвіть кілька виробів із металів, які є у вас вдома і мають сліди корозії.
Розглянемо хімічні реакції, які відбуваються під час корозії кількох металів.
Залізо, перебуваючи в повітрі, повільно реагує з киснем і водою (або парою). Унаслідок корозії металу утворюється сполука трьох елементів — Феруму, Оксигену і Гідрогену (мал. 37). Її хімічну формулу часто записують так1: FeO(OH).
1 Хімічний склад іржі залежить від зовнішніх умов.
Мал. 37. Заіржавілий ланцюг
Виконаймо вправу
Складіть хімічне рівняння корозії заліза.
Колір іржі буває різним — від світло-бурого до коричневого. Іржа вкриває метал нещільним шаром і з часом може осипатися. Трапляється, що залізо майже цілком перетворюється на іржу.
Іржавіння заліза пришвидшує звичайна сіль. Це зауважують водії автомобілів узимку, коли лід на шляхах посипаний сумішшю піску із сіллю (за наявності солі лід навіть у морозну погоду тане). Вплив солі на корозію заліза можна виявити за допомогою простого досліду, описаного після параграфа. Цей дослід пропонуємо вам виконати вдома.
Мідь кородує значно повільніше, ніж залізо. Цей метал реагує водночас із трьома речовинами: киснем, водою (або парою) і вуглекислим газом, що є в повітрі. Продукт реакції — сполука, яка має формулу (СuОН)2СО3. Вона утворюється на поверхні міді, а також бронзи — сплаву міді з оловом, у вигляді зеленкувато-блакитного порошкоподібного нальоту1 (мал. 38).
1 Речовина трапляється в природі у вигляді мінералу малахіту. Монолітні зразки мінералу — напівкоштовний камінь. З нього виготовляють прикраси, сувеніри.
Мал. 38. Бронзовий пам'ятник Анні Ярославні (м. Київ) і мідна монета зі слідами корозії
Виконаймо вправу
Складіть хімічне рівняння корозії міді.
Хімічних змін зазнає й срібло. Ваші рідні знають, що срібні прикраси і столові набори з часом темнішають (мал. 39). Причиною цього є взаємодія металу з киснем і сірководнем, незначна домішка якого міститься в повітрі. Продукти реакції — сполука Аргентуму із Сульфуром Ag2S (тверда речовина темно-коричневого кольору) і вода.
Мал. 39. Старі срібні ложки
Виконаймо вправу
Складіть хімічне рівняння корозії срібла.
Швидкість корозії срібла надзвичайно мала. Протягом сотень років предмети, вироблені з цього металу, не втрачають ужиткових властивостей.
Не кородують лише найпасивніші метали, серед яких — золото і платина. Золото, яке утворилося в земній корі мільярди років тому, залишилося незмінним, хоча контактувало з багатьма природними речовинами. Беручи до уваги хімічну стійкість золота, із нього виготовляють не лише ювелірні прикраси, а й частини технічних пристроїв (наприклад, електричні контакти), що надійно працюють протягом тривалого часу. Не зазнає корозії й титан, який називають «металом космічної ери». Він є одним із найважливіших конструкційних матеріалів для ракетної техніки. Із титану виготовляють труби і ємності, стійкі до хімічно активних речовин. Титановими пластинками покрито поверхню деяких монументів.
Відшукаймо
За матеріалами з інтернету з’ясуйте, для чого використовують титан у медицині.
Захист металів від корозії. Відомі різні способи запобігання корозії металів. Найпростіший з них полягає в ізоляції металу від речовин довкілля. Для цього метали фарбують, вкривають лаками, наносять на їхню поверхню тонкий шар полімеру.
Думаймо
У яких випадках такий спосіб боротьби з корозією не дає позитивного результату?
Керамічні покриття — емалі — механічно й хімічно стійкі. Емальований металевий посуд широко використовують у закладах харчування, домашньому господарстві.
Запобігає корозії також змащування металів спеціальними мастилами. Особливо це важливо для довготривалого зберігання зброї, транспортної техніки, різних виробів із заліза.
Метал можна вкрити шаром іншого, стійкішого до корозії металу — нікелю, хрому (мал. 40), золота. Цей процес здійснюють у заводських умовах, здебільшого — з використанням електричного струму і хімічних реакцій. Нікельовані та хромовані деталі є в транспортних засобах, приладах, устаткуванні.
Мал. 40. Хромований корпус годинника
Алюміній і хром є стійкими до речовин довкілля, бо мають на поверхні хоча й тонку, непомітну, але міцну й хімічно інертну плівку оксиду (Аl2О3, Сr2О3). Ця плівка утворюється в разі контакту металу з повітрям1, коли алюміній чи хром тільки-но виплавлено або в процесі його оброблення. Шар оксиду, який має аналогічні властивості, можна створити на поверхні інших металів, зокрема заліза, за допомогою хімічних реакцій. Відповідний процес називають оксидацією.
1 Така корозія є корисною, бо запобігає подальшому руйнуванню металу.
Для уповільнення корозії залізних труб, по яких протікає вода для технічних потреб, у ній розчиняють невелику кількість речовини — інгібітора корозії. Захист металу від корозії в цьому разі відбувається завдяки закріпленню на його поверхні молекул інгібітора або реакції між металом та інгібітором з утворенням на поверхні металу плівки хімічно інертної сполуки.
Запобігти корозії можна, якщо приєднати до трубопроводу, корпусу судна шматок металу, хімічно активнішого за залізо (наприклад, цинку чи магнію). Доки весь цей метал не окисниться, залізо не іржавітиме. Те саме відбувається з оцинкованою жерстю (але не лудяною, тобто вкритою оловом), з якої виготовляють покрівлю, різні ємності, металеві листи і профілі для будівельних робіт (мал. 41). Розглянутий спосіб захисту металу від корозії називають протекторним2.
2 Від латинського protector — покровитель, захисник.
Мал. 41. Вироби з оцинкованого заліза
ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ
Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про корозію металів і захист від неї.
Думаймо
Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.
ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ
Перевірмо себе
1. Фізичним чи хімічним явищем є корозія металу?
2. Який найуживаніший метал кородує найбільшою мірою, а які метали не зазнають корозії?
3. Назвіть способи захисту металів від корозії, які ґрунтуються на використанні хімічних реакцій.
Аналізуймо
4. Чим можна пояснити те, що залізо майже не трапляється в природі?
Поміркуймо
5. Придивіться до металічної решітки газової плити, на яку ставлять каструлі, сковорідки, або до дверцят пічки. Опишіть, що відбувається з металом і його поверхнею.
6. Чому у великих містах, промислових центрах корозія металевих конструкцій є інтенсивнішою, ніж у приміській місцевості?
7.* Майстер приєднав сантехнічне обладнання до залізної труби мідними гайками. Він пояснив, що мідь досить стійка до корозії. Чи варто було так робити? Дайте аргументовану відповідь.
Створюймо
8. Основа неіржавної сталі — залізо. Ця сталь містить інші метали, стійкіші до корозії. За матеріалами з інтернету з’ясуйте склад одного із видів неіржавної сталі. У зошиті чи на комп’ютері побудуйте діаграму кількісного складу цієї сталі.
Шанс для творчості
9. Зобразіть схему «Способи захисту металів від корозії».
У команді
10. Використавши відомості з інтернету, підготуйте повідомлення на тему «Як очистити виріб зі срібла (обручку, ланцюжок, ложку) від продукту корозії».
Формуймо словничок
11. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.
Оцінюймо свої знання
12. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.
Експериментуємо вдома
ДОСЛІДЖУЄМО КОРОЗІЮ ЗАЛІЗА
Підготуйте чотири однакові очищені залізні цвяхи і чотири маленькі склянки або прозорі пластикові стаканчики (у кожній ємності цвях має поміститися повністю).
В одну склянку налийте воду з водогону, яка контактувала з повітрям протягом доби, у другу — прокип’ячену і швидко охолоджену воду. Третю і четверту склянки заповніть заздалегідь виготовленим розчином кухонної солі з її масовою часткою 2 % (цей розчин моделює морську воду).
У кожну склянку помістіть цвях. У другу і третю склянки налийте по чайній ложці олії (для запобігання контакту рідини з повітрям) та накрийте їх.
Вміст першої та четвертої склянок періодично збовтуйте.
Зафіксуйте час (він може становити до кількох діб), через який з’являться ознаки корозії заліза в кожній рідині.
Поясніть отримані результати і сформулюйте висновки.
МІРКУЄМО, ПОРІВНЮЄМО, АНАЛІЗУЄМО
З якою метою рідину у двох склянках збовтуємо, а в інших двох — ізолюємо від повітря?
