Sprawozdanie

Katedra Przeróbki Kopalin i Utylizacji Odpadów

Politechnika Śląska

Inżynieria Bezpieczeństwa

Semestr II grupa 3

Sekcja xxx

Tomasz Szymkowski

Tomasz Popczyk

Piotr Sanocki

Data wykonania ćwiczenia: xx.xx.xxxx r

Wprowadzenie

Korozja jest to stopniowe niszczenie tworzyw metalowych i niemetalowych pod wpływem chemicznego i elektrochemicznego oddziaływania środowiska, w wyniku którego zmieniają się stan i własności niszczonego tworzywa. Niszczenie tworzywa rozpoczyna się na jego powierzchni i postępuje w głąb. Pojęcie korozji dotyczy przede wszystkim metali i ich stopów, jednakże stosowane jest ono również do tworzyw niemetalowych (np. betony, materiały ceramiczne, skały naturalne, tworzywa sztuczne).

Biorąc pod uwagę mechanizm procesu rozróżnia się następujące rodzaje korozji metali:

1) Korozja chemiczna: polega na bezpośrednim ataku czynnika korozyjnego na metal lub stopy i charakteryzuje się tym, że przez metal podczas reakcji z czynnikiem korozyjnym (utleniaczem) nie przepływa prąd elektryczny. Wymiana elektronów między metalem a utleniaczem przebiega w środowisku nie wykazującym przewodnictwa jonowego.

2) Korozja elektrochemiczna jest najbardziej rozpowszechnionym rodzajem korozji z jakim spotykamy się codziennie. Powstaje ona w środowisku wilgotnym i ma mechanizm elektrochemiczny,

który polega na tworzeniu się lokalnych ogniw korozyjnych na powierzchni metalu. W każdym przypadku istotnym składnikiem tych ogniw jest roztwór elektrolitu, który powstaje w wyniku rozpuszczenia w wodzie takich substancji jak tlen, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, tlenki azotu i inne.

3) Korozja atmosferyczna - niszczące, żrące działanie wody oraz powietrza (także znajdujących się w nim innych gazów) na ciała stałe. Korozja może dotyczyć wielu różnych substancji: metalu, kamienia, betonu, szkła, drewna, papieru, środków barwiących, powłok lakierniczych itd. Działanie korozji atmosferycznej polega na wchodzeniu czynników korodujących w reakcje chemiczne z atakowanymi substancjami. Korozja atmosferyczna jest rodzajem korozji chemicznej lub elektrochemicznej.

Ochrona przed korozją

Istnieje kilka sposobów ochrony przed korozją. Najprostszym sposobem zapobiegania korozji jest zabezpieczenie powierzchni metalicznych przed powietrzem i wodą za pomocą malowania. Lepsze efekty osiągamy na drodze galwanicznego pokrywania metalu, np. żelaza cienką warstwą cynku.

Uwolnione elektrony są zużywane w procesie katodowym, który podobnie jak przy korozji naprężeniowej może dotyczyć redukcji kationów H_(aq)⁺ lub redukcji tlenu rozpuszczonego w roztworze.

Nie jest możliwe pokrywanie całych dużych powierzchni stalowych cynkiem, np. statków, rurociągów podziemnych, zbiorników na paliwa, mostów. Ale efekt podobny do pokrywania elementów stalowych cynkiem osiągniemy stosując tzw. ochronę katodową. Z innych metod zapobiegających korozji należy wymienić:

• Stosowanie inhibitorów (opóźniaczy). Są to substancje organiczne lub nieorganiczne, które dodane do środowiska agresywnego, zmniejszają wybitnie szybkość procesów korozyjnych. Działanie inhibitorów tłumaczy się tworzeniem trudno rozpuszczalnych warstewek zaporowych w miejscach katodowych lub anodowych metalu.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Ćwiczenie 1:

Utlenianie żelaza powietrzem w podwyższonej temperaturze (zendrowanie).

W doświadczeniu tym użyliśmy płytki żelaznej o powierzchni ok. 1 dm² . Na początku wyczyściliśmy dokładnie płytkę papierem ściernym, po czym dokonaliśmy pomiaru jej wagi. Masa wyniosła 118,937 g. Po zważeniu podgrzewaliśmy płytkę przez ok. pół godziny. Kiedy ostygła ponownie zważyliśmy ją. Tym razem waga analityczna wskazała 118,9722 g, a więc zanotowaliśmy niewielki przyrost masy o 0,0352 g.

Reakcje jakie zaszły w doświadczeniu:

Fe + O₂ ⁼ FeO₂

Ćwiczenie 2:

Korozja elektrochemiczna żelaza i jego ochrona protektorowa.

Do wykonania tego doświadczenia potrzebowaliśmy trzech płytek żelaznych o jednakowych powierzchniach. Również oczyściliśmy je dokładnie papierem ściernym, aż do uzyskania połysku metalicznego. Po dokonaniu pomiaru pierwszą płytkę żelazną zwarliśmy za pomocą spinacza z płytką cynkową, drugą z miedzianą, a trzecią pozostawiliśmy osobno. Następnie każdą z nich włożyliśmy do zlewek, gdzie znajdował się roztwór trawiący (skład: 3% NaCl + 0,1% H₂O₂).

W tym czasie obserwowaliśmy zachodzące reakcje. Pierwsze oznaki reagowania blaszek są zauważalne gołym okiem już po pierwszych minutach.

Wyraźne różnice między płytkami zaobserwowaliśmy już po ok. 10 minutach, kiedy to najbardziej skorodowana była płytka zwarta z blaszką miedzi, mniej sama blaszka i w niewielkim stopniu korodowała blaszka połączona z płytką cynku. Z czasem te różnice są coraz bardziej wyraźne.

Najsilniejszy proces korozji odbył się w zlewce, gdzie znajdowała się płytka żelazna z płytką miedzianą. Trochę mniej nasilony ten proces był w zlewce, gdzie znajdowała się sama płytka żelazna.

A z kolei w zlewce gdzie była włożona płytka żelazna z płytką cynkową proces ten przebiegał najwolniej i najsłabiej, zauważalne były jedynie zmiany na stronie zewnętrznej, gdzie najprawdopodobniej ograniczony był kontakt płytki cynku z roztworem trawiącym.

Po 30 minutach wyjęliśmy płytki, po to aby je przemyć, osuszyć i następnie zważyć ponownie na wadze analitycznej. Powierzchnie blaszek na których dochodziło do korozji to około 20 cm² , czyli do granicy zanurzenia blaszek w roztworze. Po pozbyciu się rdzy otrzymaliśmy masy:

Numer Płytki	M1 masa płytki przed procesem [w gramach]	M2 masa płytki po procesie [w gramach]	∆m=m2-m1 Ubytek masy płytki na skutek korozji [w gramach]	Warunki prowadzenia procesu korozji	Zachodzące reakcje	Ocena szybkości procesu korozji
1	52,3184	52,3070	0,0114	Płytka 1 (żelazna) połączona była z płytką cynkową i obie zanurzone były w roztworze trawiącym	Fe → Fe^2+ + 2e	Powolny okres korozji
2	51,1814	51,1482	0,0332	Płytka 2 (żelazna) stykała się z płytką miedzi, połączone zanurzone były w roztworze trawiącym	Cu^2+ + Fe → Cu + Fe^2+	Bardzo szybki proces korozji zauważalny okiem.
3	51,3671	51,3382	0,0289	Płytka 3 (żelazna) została zanurzona w roztworze trawiącym	2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe^2+ + 4OH^-=2Fe(OH)2	Szybki proces korozji

Ćwiczenie 3:

Wpływ inhibitorów na szybkość korozji

Do wykonania tego doświadczenia potrzebowaliśmy dwóch blaszek żelaznych (wcześniej oczyszczonych) o powierzchni ok 4 cm². Jedną z blaszek wstawiliśmy do zlewki z kwasem siarkowym, a drugą do kwasu siarkowego z dodatkiem tiomocznika. Blaszki tkwiły w zlewkach z kwasem przez ok. 40minut. W tym czasie dało się zauważyć, że w zlewce z H₂SO₄ wydziela się spora ilość H₂,a w przypadku zlewki, gdzie z kwasem siarkowym występował tiomocznik wydzielanie się gazu było znacznie zredukowane.

WNIOSKI

Wnioski musicie wypisać sobie sami, a co do zadań to myślę, że 2 pierwsze są ok, ale nie dostałem jeszcze odpowiedzi, a to ostatnie z obliczeniami jest pewnie źle.

Zadania

1.Wyjaśnij, w oparciu o szereg elektrochemiczny metali, dlaczego puszka cynowana rdzewieje szybciej po naruszeniu warstwy ochronnej niż wiaderko zrobione z blachy ocynkowanej? Napisz odpowiednie reakcje.

Cynk jest metalem o niższym od żelaza potencjale standardowym. Przez ocynkowanie uzyskuje się powierzchnię ochronną, izolującą metal od wpływu wilgoci i powietrza. Powłoki wykonane z metali stojących w szeregu elektrochemicznym przed żelazem spełniają również rolę anody w ogniwie i nawet jeśli powłoka ulegnie uszkodzeniu mechanicznemu, do roztworu nie będzie przechodziło żelazo, lecz metal tworzący powłokę. Korozja cynku przebiega bardzo powoli dzięki tworzeniu się powierzchniowej warstwy trudno rozpuszczalnych związków.

Natomiast powłoki ochronnej z cyny, czyli o wyższym od żelaza potencjale standardowym. Działanie powłoki wykonanej z miedzi, cyny lub niklu jest czysto mechaniczne i powłoka spełnia swoje zadanie tylko wtedy, gdy jest zupełnie szczelna. Z chwilą jej uszkodzenia proces korozji staje się intensywniejszy niż bez powłoki.

Powłoka stanowi katodę, a żelazo ulega anodowemu rozpuszczeniu:

Fe - 2e^- => Fe²⁺

2. Korozję stalowego kadłuba okrętu można zmniejszyć łącząc go z prętem magnezowym wyjaśnij dlaczego?

Do kadłubów statków wykonanych ze stali mocuje się anodę magnezową. W wyniku takiego połączenia powstaje makroogniwo. Ze względu na to iż magnez jest mniej szlachetny od stali, staje się on automatycznie anodą i to on zaczyna korodować, dlatego też anodę taką należy co jakiś czas wymieniać. Im bardziej dodatni potencjał normalny metalu, tym większa jest jego zdolność do redukcji.

3. Z powodu korozji atmosferycznej stali, w ciągu roku 3 g/dm2

tego metalu przekształca się w rdzę. W ciągu jakiego czasu ulegnie całkowitej korozji blacha stalowa o grubości 0,5 mm, narażona na korozję obustronną, jeżeli jej gęstość wynosi 6 g/cm3?

Dane: Szukane:

czas całkowitej korozji

Prędkość korozji x = ?

w ciągu roku: 3g/dm²

grubość blachy: 0,5mm

gęstość blachy: 6 g/dm³

6 : 0,5 = 3 g/dm²

Obliczam z proporcji (korozja obustronna) :

3g/dm² → 1 rok

3/2 → x

3

--

2 * 1 Odpowiedź : Ta blacha stalowa skoroduje

X = ^{______________} w przeciągu 6 miesięcy .

3

3 1 1

X = -- * -- = --

2 3 2

str. 1

---