С водой не реагирует защищен оксидной пленкой

Какие металлы реагируют с водой?

Прежде всего следует запомнить, что металлы делят в целом на три группы:

1) Активные металлы: к таким металлам относятся все щелочные металлы, щелочноземельные металлы, а также магний и алюминий.

2) Металлы средней активности: к таковым относят металлы, расположенные между алюминием и водородом в ряду активности.

3) Малоактивные металлы: металлы, расположенные в ряду активности правее водорода.

В первую очередь нужно запомнить, что малоактивные металлы (т.е. те, что расположены после водорода) с водой не реагируют ни при каких условиях.

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой при любых условиях (даже при обычной температуре и на холоде), при этом реакция сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла. Например:

Магний из-за того, что покрыт защитной оксидной пленкой, реагирует с водой только при кипячении. При нагревании в воде оксидная пленка, состоящая из MgO, разрушается и находящийся под ней магний начинает реагировать с водой. При этом реакция также сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла, который, однако, в случае магния нерастворим:

Алюминий так же, как и магний, покрыт защитной оксидной пленкой, однако в этом случае кипячением ее разрушить нельзя. Для ее снятия требуются либо механическая чистка (каким-либо абразивом), либо ее химическое разрушение щелочью, растворами солей ртути или солей аммония:

Металлы средней активности реагируют с водой лишь тогда, когда она находится в состоянии перегретого водяного пара. Сам металл при этом должен быть нагрет до температуры красного каления (около 600-800 о С). В отличие от активных металлов, металлы средней активности при реакции с водой вместо гидроксидов образуют оксиды металлов. Продуктом восстановления и в этом случае является водород:

Fe + H₂O = FeO + H₂ (в зависимости от степени нагрева)

Источник

Коррозия алюминия

Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.

Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.

Температура плавления алюминия — 660 °C.

Плотность алюминия — 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).

Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!

Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.

Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.

При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:

2Al + N₂ → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;

4Al + 3С → Al₄С₃ – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;

2Al + 3S → Al₂S₃ – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.

Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)

Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al₂O₃ либо Al₂O₃•H₂O.

Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:

Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.

Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.

Коррозия алюминия в воде

Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.

Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:

При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.

Коррозия алюминия в кислотах

С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.

Коррозия алюминия в серной кислоте

Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:

Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:

При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.

Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO₃Cl) и олеума.

Коррозия алюминия в соляной кислоте

В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:

Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.

Коррозия алюминия в азотной кислоте

Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза

При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:

Коррозия алюминия в уксусной кислоте

Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).

В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.

Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.

Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.

На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.

Коррозия алюминия в щелочах

Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).

Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.

Источник

Оксидная пленка силикатных присадок в теплоносителях и котловой воде

Присадки, которые используются в теплоносителях и котловой воде, делятся на две группы – карбоксилатные (органические) и обычные силикатные (неорганические). Первые обеспечивают длительный срок службы теплоносителя (до 10 лет) и воздействуют только на очаги коррозии. Вторые служат значительно меньше (до 5 лет) и имеют иной защитный механизм: они покрывают омываемые поверхности оксидной пленкой полностью.

Кто производит присадки

Выпуском присадок как одного, так и другого типа производители антифризов и других теплоносителей не занимаются. Это достаточно сложный и дорогостоящий процесс, которым заняты крупные химические концерны: в мире таких предприятий от силы дюжина. Наиболее известные из них – Arteco, DOW Chemical, BASF, Clariant. Каждая из присадок имеет патент и охраняется службами безопасности производителей в области авторского, интеллектуального, промышленного права.

Зачем бороться с коррозией

Смысл использования присадок заключается прежде всего в защите внутренних поверхностей отопительной системы от накипи и ржавчины. Негативный эффект коррозии состоит в следующем:

• радиатор, покрытый изнутри ржавчиной, отдает меньше тепла. Котел или другой генератор тепла работает с повышенной нагрузкой, и, как следствие, возрастают расходы на поддержание комфортной температуры в помещении;
• попадая в теплоноситель, частицы ржавчины перемещаются по системе и стирают резиновые уплотнения, с которыми вступают в соприкосновение;
• если не бороться с коррозией в течение длительного времени, это может привести не только к засорению, но и к полному разрушению теплообменника котла. Частицы ржавчины затрудняют циркуляцию теплоносителя и засоряют фильтр котла;
• развитие коррозии увеличивает риск прорыва труб на изгибах, в местах сужения и выхода объемных колен радиатора в трубопровод, где давление теплоносителя выше.

Незамерзающие жидкости

Несмотря на то что наиболее популярным теплоносителем отопительных систем пока остается обычная вода, все большее число пользователей отдают предпочтение антифризам. Незамерзающие жидкости хорошо подходят прежде всего для частных домовладений, расположенных в дачных и коттеджных поселках, где перебои с электроснабжением случаются достаточно часто. Использование антифризов особенно удобно в загородных домах с сезонным проживанием. В состав качественных теплоносителей входит пакет присадок, исключающий возникновение накипи и ржавчины на металлических поверхностях элементов отопительного контура. Так, теплоноситель «THERMAGENT –30 °С ЭКО», который производится на основе пропиленгликоля высшего сорта с применением новейшей технологии Organic Acid Technology, содержит набор высокоэффективных присадок, способных обеспечить длительную безаварийную работу системы отопления любого жилого или служебного помещения.

Котловая вода

В специализированных магазинах можно купить готовую воду для систем отопления. Для многих отопительных контуров такой теплоноситель является оптимальным. Жидкость обычно производится на основе дистиллята высокого качества и не содержит солей и металлов, образующих накипь. Котловая вода, как правило, отличается повышенным pH (7,5 и более), что снижает скорость коррозийных процессов, и является экологически безопасной – в ней отсутствуют болезнетворные бактерии. В отличие от дистиллированной воды, теплоноситель такого типа содержит комплект функциональных присадок. Благодаря этому жидкость не только препятствует образованию накипи на поверхности теплообменника котла и другого оборудования, но и связывает активный кислород, а также образует пленку, которая защищает внутренние стенки элементов системы отопления от коррозии. Котловая вода не является агрессивной средой и успешно применяется в отопительных контурах жилых и служебных помещений.

Как происходит образование оксидной пленки

Взаимодействие неорганических присадок, имеющихся в теплоносителе, с внутренними поверхностями элементов системы отопления ведет к образованию оксидной пленки в результате химических реакций. Образующийся оксид порывает металлоконструкции, кристаллизуясь из раствора. Сначала на поверхности появляются отдельные фрагменты покрытия, которые затем разрастаются и формируют сплошную пленку. При этом структура пленки и ее толщина зависят от соотношения скоростей образования новых центров кристаллизации и роста отдельных кристаллов. При повышенной концентрации окислителей центры кристаллизации образуются быстрее новых кристаллов, и на поверхности металла быстро формируется слой оксида. Именно таким образом работают силикатные присадки в теплоносителях систем отопления.

Недостатки неорганических присадок

Теплоносители, в составе которых используются силикатные ингибиторы коррозии, отличаются невысокой стоимостью и при соблюдении правил эксплуатации достаточно эффективно выполняют свои функции. Вместе с тем силикаты выделяют гель и абразив, которые загрязняют оборудование и вызывают перебои в функционировании системы. Если незамерзающая жидкость содержит фосфаты, то при разбавлении теплоносителя водой (например, для изменения температуры замерзания) образуется осадок. Для нитритов характерно быстрое окисление – вещество переходит в неактивную форму и оседает. Взаимодействие аминов и нитритов ведет к образованию канцерогенных соединений. Осадок неорганических добавок повышает вязкость теплоносителя, наслаивается на внутренних поверхностях системы, ухудшает пропускную способность труб.

Заключение

Силикатные присадки повышают степень защищенности систем отопления от коррозии. Оксидная пленка, которая возникает на внутренних поверхностях труб, теплообменников и других элементов контура, покрывает все омываемые поверхности. Хорошим решением теплоносителя для отопительной системы вашего загородного дома может быть один из продуктов линейки THERMAGENT от АО «Обнинскоргсинтез».

Источник

Образование оксидной пленки на металлах

Первой стадией взаимодействия является хемосорбция атомов кислорода на поверхности металла. Приставка «хемо» показывает, что протекает процесс сопровождается химическим взаимодействием атомов металла и кислорода. Связь – ионная, но отличается от химической связи кислорода с металлом в оксиде, она значительно прочнее, т.к. атом кислорода испытывает действие поля, создаваемого нижележащими атомами металла. Насыщение поверхности металла хемосорбированным кислородом происходит практически мгновенно. Затем при низких температурах может иметь место физический процесс адсорбции кислорода за счет ван-дер-ваальсовых сил поверх хемосорбированного слоя. В случае термодинамической стабильности оксида хемосорбированный слой быстро переходит в состояние оксидной пленки, перестройки атомов металла и кислорода, соответствующей их пространственному распределению в оксиде.

Образующиеся оксидная пленка может обладать защитными свойствами, т.е. затрудняет проникновение реагентов – металла и кислорода – к друг другу. Защитные свойства пленки оцениваются по скорости окисления металла и характеру изменения этой скорости во времени. Кроме того, защитными свойствами обладают пленки, покрывающие поверхность металла сплошным слоем. Возможность образования такой пленки определяется следующим условием: молекулярный объем оксида на поверхности металла V_окс должен быть больше объема металла V_ме, израсходованного на образование молекулы оксида. В противном случае образующегося соединения не хватает. Чтобы покрыть сплошным слоем поверхность металла, в результате чего пленка получается пористой, рыхлой. Таким образом, если V_окс/ V_ме 1, то может образоваться сплошная пленка. Пористая оксидная пленка, с низкой адгезией по отношению к металлу, защитными свойствами не обладает (щелочные, щелочно-земельные металлы и железо).

Рассмотрим примеры уравнений реакций газовой коррозии при высоких температурах, например в кислородной атмосфере:

При повышенных температурах металлы более активны по отношению к кислороду, чем при низких. При нагревании оксида металла до некоторой критической температуры происходит его термическое разложение, т.е. указанные процессы идут справа налево. Мерой устойчивости оксида следует считать давление газообразного кислорода над этим оксидом (в закрытом сосуде) – это называется давлением диссоциации. Оксид начинает образовываться на поверхности металла только при такой температуре, при которой давление диссоциации меньше, чем давление кислорода в газовой смеси (в воздухе, дыме), с которой контактирует металл. Для серебра давление диссоциации уже при 400 о С превосходит давление кислорода в воздухе, поэтому при температурах, превышающих это значение, коррозии серебра не происходит. Некоторые металлы образуют летучие оксиды, которые обнажают поверхность металла (молибден, вольфрам, ниобий, рений). В случае оксида железа, давление диссоциации которого очень мало, окисление железа происходит как при низких, так и при высоких температурах – порядка 2000 о С. Также ведут себя никель, медь, алюминий. Таким образом, стабильность оксида является необходимым условием начала процесса коррозии.

Дальнейшее окисление также зависит от свойств оксида. Если на поверхности образуется сплошная хорошо пристающая к поверхности металла пленка (обладает высокой адгезией), то доступ кислорода к ней затрудняется, коррозия замедляется, а затем и прекращается (цинк, никель, алюминий). Такие металлы достаточно коррозионно стойкие, толщина их оксидных пленок может быть от 5-10 до нескольких тысяч ангстрем. Однако в реальных условиях температура нагрева постоянно изменяется. Металл нагревается и охлаждается, что приводит к возникновению механических напряжений в слое металл-оксид. Оксидная пленка, обычно не обладая достаточной упругостью и пластичностью, отслаивается от металла; участки поверхности оказываются не защищенными, и вновь окисляются даже у металлов прочной оксидной пленкой.

Процессы газовой коррозии существенно ускоряются, если в составе газовой атмосферы присутствуют диоксид углерода, соединения серы. Образующиеся карбонаты, сульфиды и сульфаты термически разлагаются, обнажая поверхность металла, а вновь образовавшаяся оксидная пленка более пористая, чем та, которая образуется в чисто кислородной атмосфере.

Действие водорода под высоким давлением на сталь сводится к тому, что он растворяется в железе, что приводит с одной стороны к увеличению его жесткости и хрупкости, с другой – водород взаимодействует с карбидом железа (цементитом) с образованием метана. Все это приводит к потере прочности и упругости стальных изделий: Fe₃C + 2H₂ = 3Fe + CH₄

В качестве примера газовой химической коррозии, которая идет в жидких неэлектролитах (органических средах), можно привести коррозионную активность нефти и нефтепродуктов, которые содержат сероводород, серу и меркаптаны (органические производные серы типа R-SH, R-S-SH) и вызывают коррозию железа, меди, свинца, олова, кобальта, никеля, кадмия, серебра с образованием сульфидов.

Дата добавления: 2015-08-11 ; просмотров: 4801 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник