Coroziunea metalelor

 Coroziunea metalelor reprezintã distrugerea lor sub acþiunea unor factori ai mediului ambiant. Metalele se corodeazã din cauza unor reacþii chimice la care sînt supuse. Sã revenim la seria de substituire a metalelor. Cel mai uºor se corodeazã metalele active, situate pînã la magneziu. Ele interacþioneazã uºor chiar ºi cu apa. Celelalte metale, din mijlocul seriei de substituire, se corodeazã în mod diferit. Coroziunea lor depinde nu numai de activitatea chimicã a metalului, ci ºi de proprietãþile produselor coroziunii. Coroziunea metalelor pasive. Metalele nobile (aurul ºi platina), situate dupã mercur, nu se supun coroziunii. Cuprul ºi argintul sînt metale rezistente la coroziune datoritã stabilitãþii lor chimice. De obicei, cuprul se acoperã cu o peliculã subþire de sare bazicã, iar argintul la aer se înnegreºte, deoarece se formeazã o peliculã de sulfurã de argint Ag2S. Coroziunea metalelor active. Majoritatea metalelor active din punct de vedere chimic, cum ar fi Mg, Al, Zn, Cr, se acoperã, în prezenþa aerului, cu o peliculã subþire, dar foarte rezistentã de oxid, care le protejeazã împotriva distrugerii ulterioare sub acþiunea apei ºi a oxigenului din aerul umed. Astfel, metalele Mg, Al, Zn, Cr nu se corodeazã aproape deloc. Fig. 2.32. Vase din metale nobile. Anual, circa 30% din fierul produs în lume se transformã în ruginã. Problema combaterii coroziunii a apãrut încã în Antichitate, cînd omul a început sã producã ºi sã utilizeze obiecte din fier. De-a lungul timpului, oamenii au cãutat diferite metode pentru a proteja fierul. În Anglia, de exemplu, în 1617, a fost eliberat un brevet de invenþie a unei metode de protecþie a armurilor de coroziune prin folosirea unui ulei special. • Magneziul pur are duritate scãzutã, dar aliajele lui cu aluminiul, beriliul, zincul ºi titanul sînt uºoare, dure ºi rezistente la coroziune. Din ele se produc detalii pentru avioane, nave cosmice, vagoane, automobile. Orizonturile chimiei 58 Metalele în viafla noastrã Coroziunea fierului ºi protecþia lui. Fierul se deosebeºte de celelalte metale prin faptul cã în condiþii naturale se acoperã cu ruginã, un strat poros (ºi nu compact, ca la alte metale) de produse ale coroziunii, care nu opreºte distrugerea ulterioarã a metalului. Rugina este un amestec de compuºi ai fierului, între care prevaleazã hidroxidul ºi oxidul de fier (III). Aceºtia se formeazã conform schemei: 4Fe 0 + 6H2O + 3O 0 2 = 4Fe +3 (OH) –2 3 –3e – +4e – reducãtor oxidant hidroxid de fier (III) 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O Fierul poate rugini doar în prezenþa simultanã a aerului ºi a apei; în apã fãrã oxigen sau în aer fãrã umezealã fierul nu rugineºte. Pentru a proteja fierul împotriva coroziunii, se utilizeazã diferite metode, printre care: • aplicarea uleiurilor minerale; • vopsirea; • acoperirea cu alte metale, mai rezistente la coroziune, cum ar fi staniul (spoire cu staniu), zincul (zincare), cromul (cromare), nichelul (nichelare), cuprul (cuprare sau arãmire); • alierea cu adaosuri de crom, nichel, mangan, pentru a obþine oþel inoxidabil; • brunarea – piesele din oþel, în special cele de la armament, se încãlzesc cu silitrã topitã (KNO3, NaNO3) pînã la formarea unei pelicule negre de Fe3O4. Fig. 2.33. Folosirea cromãrii. Fig. 2.34. Oþel de Damasc (secretul producerii lui încã nu a fost descoperit). • De mai bine de 600 de ani, în New Delhi, capitala Indiei, se înalþã o coloanã turnatã în întregime din fier pur (99,72%), care nici în ziua de azi nu a fost atinsã de ruginã. Oare de ce? Pentru cã în aceastã regiune aerul este uscat. Tot aºa, din adîncul mãrilor ºi oceanelor sînt ridicate la suprafaþã rãmãºiþele unor corãbii scufundate, care au stat sub apã decenii la rînd ºi, datoritã lipsei de oxigen, nu au ruginit. • În oþelul vestitelor spade japoneze din Evul Mediu se adãuga ºi molibden. Orizonturile chimiei Rezolvaþi rebusul. Cuvîntul-cheie este denumirea fenomenului din cauza cãruia 30% din fierul produs în lume se transformã în ruginã. 1. Acoperire a fierului cu nichel. 2. Metal care se acoperã cu o peliculã protectoare de oxid ºi practic nu se corodeazã. 3. Acoperire cu crom. 4. Una dintre substanþele sub acþiunea cãreia are loc coroziunea. 5. Acoperire cu zinc. 6. Acoperire cu staniu. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7. Protejeazã fierul împotriva coroziunii. 8. Þara care deþine primul brevet de invenþie a unei metode de protecþie împotriva coroziunii. 9. Protejarea fierului la etapa producerii oþelului. REBUS CHIMIC M 59 etalele în viafla noastrã Din 1886 ºi pînã în prezent, în portul din New York se înalþã renumitul monument Statuia Libertãþii. Acesta a fost confecþionat din 350 piese de cupru cu masa de 31 tone, prinse pe un suport din fier cu masa de 125 tone. Statuia are o înãlþime de 46,5 m (împreunã cu soclul – 90 m). În anul 1985, în presa americanã a apãrut un articol alarmant, intitulat: „Statuia Libertãþii pierde electronii. Ce-i de fãcut?“ Cum credeþi, din ce cauzã a avut de suferit Statuia Libertãþii ºi ce urma sã se întreprindã pentru a salva acest monument? Aduceþi argumente concludente, indicînd condiþiile ºi alcãtuind ecuaþiile chimice. Fig. 2.35. Statuia Libertãþii din New York. Utilaj ºi reactivi: Colecþia „Fierul ºi compuºii lui“, soluþii de FeSO4, FeCl3, KCNS, NaOH, stativ cu eprubete. Experienþa 4.1. Examinarea colecþiei „Fierul ºi compuºii lui“ Examinaþi mostrele de fier ºi compuºi ai fierului: aspectul exterior, duritatea, greutatea. Notaþi în caiete cele observate ºi concluzionaþi. Experienþa 4.2. Identificarea ionului de fier (III) Turnaþi într-o eprubetã ~1 ml soluþie de clorurã de fier (III) ºi adãugaþi cîte o picãturã de soluþie de tiocianat (rodanurã) de potasiu KCNS. Ce culoare a cãpãtat soluþia? Scrieþi ecuaþia reacþiei. Efectuaþi aceeaºi experienþã folosind sulfatul de fier (II) FeSO4. Observaþi colorarea mai slabã? Ce concluzie puteþi trage din aceastã experienþã? Experienþa 4.3. Oxidarea hidroxidului de fier (II) în aer Într-o eprubetã cu ~2 ml soluþie de sulfat sau clorurã de fier (II) adãugaþi cîteva picãturi de soluþie de hidroxid de sodiu. Ce observaþi? Agitaþi precipitatul ºi lãsaþi-l pentru 5 minute. Ce culoare capãtã precipitatul format? Trageþi concluzia cu privire la proprietãþile hidroxidului de fier (II). Scrieþi ecuaþia reacþiei (în formã molecularã ºi ionicã) de formare a hidroxidului de fier (II) ºi cea de oxidare a lui. Familiarizarea cu mostre de oþel, fontã, minerale de fier. Identificarea ionului de fier (III). Oxidarea hidroxidului de fier (II) în aer (Reamintiþi-vã normele de lucru în laborator, Anexele 1 ºi 2) nr. 4 L U C R U Î N E C H I P à 1. Ce reprezintã coroziunea metalelor? 2. Numeºte metalele care se corodeazã cel mai uºor în atmosferã ºi în apã. 3. Care metale sînt stabile în mediul ambiant ºi nu se distrug? 4. Defineºte aliajele. 5. Ce proprietãþi prezintã un aliaj comparativ cu metalele pure care îl alcãtuiesc? 6. Cum poate fi înlãturatã rugina de pe obiecte? Scrie ecuaþia reacþiei respective. 7. Aratã factorii de care depinde coroziunea metalelor situate în seria de substituire a metalelor între magneziu ºi aur. 8. Explicã de ce rugineºte fierul în condiþii naturale. 9. Aratã în ce condiþii naturale fierul practic nu se corodeazã. 10. Cum poate fi protejat fierul împotriva coroziunii? 11. Obiectele din fier se distrug sub acþiunea acidului sulfuric, care, uneori, cade odatã cu ploile acide. Calculeazã masa fierului care a ruginit în urma ploilor acide ce conþineau 980 g acid sulfuric.