Wrocław, 05.04.2012 r.
Politechnika Wrocławska
Studium Kształcenia Podstawowego
pt.: „Korozja materiałów niemetalicznych”
Paweł Gibała
Grupa: środa godzina 11:15-13:00
Rok I studiów stacjonarnych
I. Wprowadzenie
Korozja jest to stopniowe niszczenie materiałów metalicznych i niemetalicznych pod wpływem działania czynników środowiska. Ze względu na sposób działania te czynniki możemy podzielić na fizyczne, chemiczne oraz biologiczne. Materiały niemetaliczne, które ulegają korozji można pogrupować na: materiały kamienne, spoiwa mineralne, szkła, drewno oraz polimerowe tworzywa sztuczne. Naturalne materiały kamienne są bardzo narażone na atmosferyczny rodzaj korozji. Najbardziej odporne na korozje są lite skały magmowe (granity i bazalty), zaś najszybciej korodują porowate skały osadowe (gipsy, dolomity i wapienie) oraz piaskowce. Do naturalnych metod zabezpieczenia materiałów kamiennych przed korozją należą: zmniejszenie porowatości i nasiąkliwości ich powierzchni oraz utwardzenie i nadanie jej własności hydrofobowych (Czernichowski. 2012).
II. Część eksperymentalna
Doświadczenie 1. Odporność spoiwa gipsowego na działanie wody
Metodyka
Pokruszone spoiwo gipsowe umieściliśmy w probówce i dodaliśmy kilka cm3 wody destylowanej, tak przygotowany roztwór pozostawiliśmy na kilka minut, co jakiś czas mieszając. Później za pomocą filtra z bibułki oddzieliliśmy roztwór od części nierozpuszczalnej. Następnie do 2 cm2 naszego roztworu dodaliśmy jedną kroplę kwasu solnego oraz kilka kropel roztworu BaCl2. Do drugiej probówki pobraliśmy 2 cm2 wody wodociągowej i zakwasiliśmy tak jak w przypadku probówki pierwszej. Wyniki reakcji w obu probówkach porównaliśmy ze sobą.
Obserwacje
Ciecz w obu probówkach zmętniała, jednak w przypadku probówki z odsączonym spoiwem gipsowym było to bardzo mocne zmętnienie w porównaniu do probówki z wodą wodociągową.
Interpretacja
Biały osad w probówce świadczy o obecności jonów siarczanowych powstałych w reakcji:
CaSO4 + BaCl2 → BaSO4 + CaCl2.
Działanie rozpuszczalników powoduje korozję fizyczną. W przypadku spoiwa gipsowego rozpuszczeniu ulega CaSO4, co wiąże się w tym doświadczeniu z reagowaniem CaSO4 w kwaśnym środowisku z BaCl2. Ponieważ w wodzie nie było rozpuszczonego spoiwa gipsowego a co za tym idzie CaSO4 reakcja nie zaszła.
Wnioski
Gips ulega korozji pod wpływem chlorku baru.
Doświadczenie 2. Odporność zaprawy wapiennej na działanie wody
Metodyka
Do zlewki o pojemności 100 cm3 wsypaliśmy około 0,5 g rozdrobnionej zaprawy wapiennej, dodaliśmy 50 cm3 wody destylowanej i tak przygotowany roztwór gotowaliśmy przez 5 minut. Po ugotowaniu dodaliśmy kilka kropel fenoloftaleiny.
Obserwacje
Po zagotowaniu i dodaniu fenoloftaleiny roztwór zmienił kolor na ciemno czerwony.
Interpretacja
Podczas gotowania zachodzi reakcja:
CaCO3 + H2O → Ca(OH)2 + CO2.
Wydzielający się dwutlenek węgla jest interpretacją gazowania zaprawy.
Wnioski
Porowatość zaprawy wapiennej ułatwiła penetracje wodzie, która doprowadziła do korozji, o czym świadczy zasadowy odczyn roztworu po zagotowaniu.
Doświadczenie 3. Zwęglanie sacharozy pod wpływem kwasu siarkowego
Metodyka
Do zlewki o objętości 100 cm3 wsypaliśmy około 2 g cukru spożywczego po czym dodaliśmy 2 cm3 stężonego kwasu siarkowego. Roztwór zamieszaliśmy bagietką.
Obserwacje
Po dodaniu stężonego kwasu siarkowego cukier stał się bardziej spójny i zaczął zmieniać kolor od karmelowego do brązowego, na czarnym kończąc. Cukier się zbrylił.
Interpretacja
Stężony kwas siarkowy spowodował zwęglenie sacharozy.
Wnioski
Cukier spożywczy uległ korozji pod wpływem stężonego kwasu siarkowego.
Doświadczenie 4.
Metodyka
Do dwóch zlewek o pojemności 100 cm3 każda wsypaliśmy około 0,5 g rozdrobnionego szkła. Do pierwszej zlewki wsypaliśmy szkło budowlane, a do drugiej laboratoryjne. Do każdej zlewki dodaliśmy 50 cm3 wody destylowanej, tak przygotowane roztwory gotowaliśmy przez 5 minut. Po ugotowaniu dodaliśmy kilka kropli fenoloftaleiny.
Obserwacje
Roztwór w zlewce ze szkłem budowlanym zabarwił się na kolor różowo-fioletowy. Natomiast w zlewce zawierającej szkło laboratoryjne nie zaobserwowano żadnych zmian.
Interpretacja
Szkło budowlane w środowisku wody pokrywa się warstwą żelu krzemianowego. Jest to spowodowane wystąpieniem hydrolizy krzemianów w środowisku wodny. Po dodaniu fenoloftaleiny roztwór zabarwił się na fioletowo co świadczy o wytworzeniu się wodorotlenku sodu podczas reakcji. W przypadku szkła laboratoryjnego nie zaobserwowano zmiany zabarwienia po dodaniu fenoloftaleiny ponieważ jest ono odporne na działanie wody.
Wnioski
Szkło laboratoryjne jest odporniejsze na działanie wody od szkła budowlanego ponieważ składa się głównie z SiO2 – jest szkłem oczyszczonym.
Doświadczenie 5.
Metodyka
Przygotowaliśmy cztery zestawy, każdy po sześć probówek do których nasypaliśmy kolejno po kawałeczku: teflonu, PVC, polistyrenu, polietylenu i polimetakrylenu. Następnie do probówek dodaliśmy roztwory, do pierwszego – 2 cm2 kwasu siarkowego 1:1, do drugiego – 0,5 cm3 10% NaOH, do trzeciego – 0,5 cm3 ksylenu, a do czwartego 0,5 cm3 metanolu. Po 10 minutach można było zaobserwować reakcje materiałów na dodane roztwory.
Obserwacje
Wyniki obserwacji zamieszczono w tabeli numer 1.
Tabela 1. Odporność chemiczna wybranych tworzyw sztucznych
| Teflon | PVC | Polistyren | Polietylen | Polimetakrylen | |
|---|---|---|---|---|---|
| Kwas siarkowy | Bez zmian | Bez zmian | Bez zmian | Bez zmian | Bez zmian |
| Wodorotlenek sodu | Bez zmian | Bez zmian | Bez zmian | Bez zmian | Bez zmian |
| Aceton | Bez zmian | Bez zmian | Rozpuścił się | Bez zmian | Częściowe rozpuszczenie |
| Ksylen | Bez zmian | Bez zmian | Rozpuścił się | Bez zmian | Częściowe rozpuszczenie |
Interpretacja
Kwas siarkowy oraz wodorotlenek sodu nie wywołał żadnej reakcji w probówkach. Jak wynika z tabeli najbardziej odpornymi materiałami są teflon, pvc oraz polietylen. Najmniejszą odpornością wykazał się polistyren.
Wnioski
Im bardziej agresywne środowisko tym bardziej wpływa on na materiały. Teflon, pvc oraz polietylen są najbardziej odporne z badanych materiałów.
Cytowana literatura
Albin Czernichowski, 2012, instrukcja do ćwiczenia: „Korozja materiałów niemetalicznych”