WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Проведение работы и оценка полученных результатов Исследование окисления заданного металла производится при непрерывном нагреве и периодическом взвешивании образца. Для испытания применяются образцы размером 10 15 1 или 10 15 мм, подготовленные по указанной методике. В период выдержки образца при высокой температуре идет окисление его с той или иной скоростью, в зависимости от температуры нагрева и состава взятого металла. В процессе НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ окисления металла происходит изменение веса, которое даже при небольших выдержках можно заметить при тщательном взвешивании (с точностью до четвертого знака). После взвешивания опыт при данной температуре можно прекратить. Образец следует вынуть, осмотреть и, если возможно, изучить состав и структуру окалины.

По результатам опыта для каждой температуры нужно построить графики в координатах относительный привес — время: Р –, Р2 -, Р – lg.

Если график в координатах Р — отвечает прямой линии, то это означает, что окисление происходило по прямолинейному закону.

Если прямая линия получается для графика в координатах Р2 —, то это означает, что окисление происходило по закону параболы.

График в координатор Р — lg представляет прямую линию, если окисление металла следовало логарифмическому закону.

Установив, таким образом, закон окисления, необходимо определить значение константы скорости окисления К при каждой температуре.

Определив значение К при различных температурах, можно вычислить величины Q и А и таким образом получить уравнение окисления данного металла. Имея такое уравнение, можно с известной точностью определить срок службы металла при любых температурах (в пределах исследованных и близких к ним).

Расчет величии Q и А [уравнение (1)] производится следующим образом.

Обозначим константы скорости окисления, полученные при температурах t1, t2, t3 соответственно через K1, K2, K3. Для удобства расчета уравнение (1) представим после логарифмирования.

Тогда ln K1 = lnA – Q/ RT1 ;

ln K2 = lnA – Q/ RT2 ;

ln K3 = lnA – Q/ RT3, где Т1 = t1 + 273, T2 = t2 + 273 и T3 = t3 + 273.

Таким образом, для определения двух неизвестных имеются три уравнения.

Значение Q можно получить по разности логарифмов констант окисления.

Например:

lnK1 – lnK2 = Q/R ·(1/T2 – 1/T1) ;

(lg K1 - lg K2) 2.3R Q =.

1/T2 - 1/T НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Так как 1/Т малая величина, то для удобства умножим числитель и знаменатель на 103 и подставим значение для R.

Для проверки следует произвести такие же расчеты, используя разности ln K1 – ln K3 и ln K2 – ln K3, для которых значение Q будет соответственно равно:

(lg K1 – lg K2) 4,6·Q =.

1000/T2 – 1000/T Для проверки следует произвести такие же расчеты, используя разности ln K1 – ln K3 и ln K2 – ln K3, для которых значение Q будет соответственно равно:

(lg K1 – lg K3) 4,6·Q' = ;

1000/T3 – 1000/T(lg K2 – lg K3) 4,6·Q" =.

1000/T3 – 1000/T Из полученных трех значений Q нужно взять среднее. Если опыты и расчеты были произведены тщательно, то эти величины должны быть близки между собой.

Вычислив Q, можно определить значение константы А из уравнения:

lnA = ln K + Q/ RT ; (4.1) или lgA = lg K + Q/ 2,3 RT. (4.2) Для получения более точного результата уравнение (4.2) следует решить для трех значений К и Т и взять среднее из них, подставляя в каждом случае среднее значение Q. Здесь также не будет заметных расхождений, если опыты и расчеты были произведены правильно.

Полученные данные для Q и А нужно подставить в уравнение:

ln K = lnA – Q/RT.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Для отчета о проведенной работе нужно представить:

1) решения уравнений для определения Q и А;

2) полное уравнение окисления изучаемого металла.

Лабораторная работа № - ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ НА МЕТАЛЛЫ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В сильно разбавленных растворах кислот катодный процесс может осуществляться двумя реакциями:

2Н+ + 2e H2 ;

02 + Н2О + 2е — 2OН.

В растворах солей с кислой реакцией окисление металла может происходить при протекании трех катодных реакций — восстановления водорода, кислорода и катиона соли более благородного металла. Например, CuCl2 + Fe FeCl2 + Cu.

В растворах цианистых солей (KCN, NaCN) некоторые металлы образуют комплексные соединения. Например, медь и серебро, окисляясь, переходят в раствор в виде комплексных ионов Na[Cu(CN)2] или Na[Ag(CN)2]. В растворах аммиака медь также неустойчива, так как образует растворимое комплексное соединение [Cu(NH3)4].

В разбавленных растворах кислот и в растворах средней концентрации окисление металлов, имеющих потенциал ниже водородного, происходит главным образом ионами водорода. Металлы с более высоким потенциалом в таких кислотах могут окисляться только в присутствии кислорода. Например, Сu + O2 + H2SO4 = CuSO4 + H2O.

При этом окисление меди не сопровождается выделением водорода.

Поэтому наиболее опасной для меди является азотная кислота. Окисление меди в азотной кислоте сопровождается выделением окислов азота:

Cu+2HNO3 CuNO3 + NO2 + H2O.

В концентрированных кислотах окисление металлов более значительно, если при этом не образуются защитные солевые пленки. В серной кислоте НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ окисление происходит за счет восстановления шестивалентной серы: S6+ S4+ S S в азотной кислоте - за счет восстановления пятивалентного азота: N5+ N4+ _ N2+ N+ N N3.

Окисление металлов в растворах щелочей происходит за счет водорода и образования комплексных анионов в случае металлов с амфотерными свойствами (SnО2 ``, ZnO2 ``, РbO2 ``, AlO2`). Например, Sn + 2H+ + 2OH Sn(OH)2 + H2;

Sn(OH)2 + 2NaOH Na2SnO2+2H2O.

Магний в щелочах не растворяется, хотя его потенциал значительно ниже окислительного потенциала водорода. Это объясняется тем, что магний образует гидрат с основными свойствами, нерастворимый в щелочи;

покрываясь тонкой пленкой этого гидрата, магний становится пассивным.

Такие металлы, как железо, хром, медь и особенно никель, являются устойчивыми в щелочах вследствие пассивации.

В растворах солей с щелочной реакцией окисление происходит так же, как и в щелочных растворах.

Проведение работы и оценка полученных результатов Испытать в отдельных стаканах образцы следующих металлов: алюминий, цинк, железо, никель, медь в растворах серной, соляной и азотной кислот различной концентрации. Эти же металлы испытать в растворах едкого натра или едкого калия и аммиака различной концентрации.

Определить скорость коррозии весовым методом (время испытания 2 часа) и произвести оценку химической стойкости металлов по 10-бальной шкале.

Написать реакции окисления – восстановления для каждого из металлов в каждой среде. Описать характерные особенности процессов и объяснить полученные результаты.

Лабораторная работа №ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ Протекторами называются такие металлы, которые, будучи присоединены к другому металлу (более электроположительному) защищают его от коррозии в данном электролите. Такая защита называется электрохимической, или протекторной, и осуществляется в нейтральных водных растворах.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Эффект действия протектора определяется расстоянием от места соединения с ним металла до ближайшего очага коррозии.

Предполагается, что это расстояние должно быть одинаковым во все стороны от протектора (если он находится где-то посередине), — поэтому оно называется радиусом действия протектора. В связи с тем, что при электрохимической коррозии имеют место обмен ионами на границе металл — раствор и передвижение ионов в растворе, эффект действия протектора зависит от электропроводности раствора, а следовательно, и от концентрации его. При увеличении концентрации соли в воде повышается электропроводность раствора, и радиус действия протектора становится больше. Однако прямой зависимости между концентрацией раствора и радиусом действия протектора нет. При небольших изменениях концентрации соли вначале наблюдается значительное изменение радиуса действия протектора, но дальнейшее увеличение концентрации не вызывает сильного изменения.

Помимо концентрации раствора, радиус действия зависит от рода металла-протектора, т. е. от его потенциала и поляризуемости в данном растворе. Чем больше разница потенциалов между защищаемым металлом и протектором и чем меньше поляризация протектора в водных растворах, тем больше радиус его действия.

Протекторная защита стальных и железных конструкций широко используется в морской воде или растворах солей в воде и мало пригодна в речной воде. Протекторами для железа и стали являются цинк, алюминий и магний, а также сплавы на основе этих металлов, например сплав магния с % А1 и 3 % Zn, сплав алюминия с 5 % Zn и сплав цинка с 5 % А1. Из указанных протекторов наиболее эффективным является магниевый сплав, потенциал которого в морской воде мало изменяется и равен—1,2 В. Худшие результаты дают алюминий и его сплавы, так как при этом возникает более высокий потенциал (—0,67 В), который в дальнейшем еще повышается вследствие поляризации; через некоторое время такой протектор может вообще прекратить свое действие. Цинк и цинковые сплавы занимают промежуточное положение. На цинковом сплаве в морской воде устанавливается потенциал, равный — 0,78 В, который с течением времени облагораживается и приближается к потенциалу железа, но не так близко, как алюминий.

Начало ржавления железа, т. е. появление в растворе ионов двухвалентного железа, можно обнаружить с помощью введения в воду красной кровяной соли K3Fе(CN)6. При этом на поверхности появляются синие пятна там, где начался процесс окисления железа, так как протекает реакция образования турнбулевой сини:

3Fe"+2Fe(CN)6"" Fe3[Fe(CN)6]2.

Расстояние от места контакта с протектором до ближайшего синего пятна на поверхности испытуемого образца и является радиусом действия протектора.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Проведение работы и оценка полученных результатов Изучение эффективности протекторной защиты производится на стальных стержнях длиной 250 мм и диаметром до 10 мм, погруженных в воду с добавкой различного количества поваренной соли 0; 0,1; 0,5; 1,0; 1,весовых процентов. В качестве протектора можно взять цинк, алюминий и магний или сплавы на основе этих металлов. Эффективность протекторной защиты оценивается по радиусу действия протектора.

Испытание проводится в стеклянных или пластмассовых (прозрачных) ваннах размером 300X200X100 мм.

Образцы и протекторы предварительно тщательно зачистить и обезжирить в спирте или бензине. Затем налить в ванну испытуемый раствор и опустить образцы с протектором, надетым или наплавленным на один конец стального стержня. Образец положить на специальные подставки, изготовленные из стекла или пластмассы так, чтобы он был полностью погружен в раствор. К раствору добавить 40 мл 10 % раствора красной кровяной соли и вести наблюдение за поверхностью образца. При появлении синих пятен через 10—15 минут измерить расстояние от протектора до ближайшего пятна. Затем раствор вылить, образец промыть и повторить то же для другого раствора или протектора.

Рис. 7. Схема установки для определения эффективности протекторной защиты НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Результаты наблюдения свести в таблицу (форма 6.1) и построить график в координатах: радиус действия (мм) — концентрация соли в растворе (%).

Форма 6.Номер Концентрация NaCl в Радиус действия протектора, мм образца воде, вес. % цинк алюминий магний БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионно-стойкие материалы. – Л.: Машгиз, 1994.

2. Терентьев В.И., Караван С.В., Павловец Н.М. Борьба с коррозией в системах водоснабжения. – М.: Первая типография, 2007.

3. Сухотин А.М., Зотиков В.С. Химическое сопротивление материалов. – М.: Химия, 1975.

4. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. – М.: Химия, 1969.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ ПРИЛОЖЕНИЯ Таблица П.1. Стандартные электродные потенциалы металлов в водных растворах при 25С + + + Электрод °M /M,В Электрод °M /M, В Электрод °M /M, В Li/Li + -3,01 Ti/Тi 3+ -1,21 H2/H+ 0,Rb/Rb + -2,98 Sn/Sn 4+ +0,V/V 2+ -1,К/К + -2,925 Mn/Mn 2+ -1,18 Bi/Bi 3+ +0,Cs/Cs + -2,92 Nb/Nb 3+ -1,099 Sb/Sb 3+ +0,Ra/Ra 2+ -2,916 Cr/Cr 2+ -0,913 As/As3+ +0,Ва/Ва 2+ -2,905 V/V 3+ -0,876 Cu/Cu2+ +0,Sr/Sr 2+ -2,888 Zn/Zn 2+ -0,761 Tc/Tc 2+ +0,Са/Са 2+ -2,866 Сг/Сг 3+ -0,744 Co/Co 3+ +0,Na/Na + -2,714 Ga/Ga 3+ -0,53 Cu/Cu+ +0,Ас/Ас 3+ -2,6 Ga/Ga 2+ -0,456 Rh/Rh2+ +0,La/La 3+ -2,522 Fe/Fe 2+ -0,440 T1/T13+ +0,Y/Y 3+ -2,372 Cd/Cd 2+ -0,403 Pb/Pb4+ +0,Mg/Mg 2+ -2,363 In/In 3+ -0,343 2Hg/Hg22+ +0,Sc/Sc 3+ -2,077 Т1/Тl + -0,336 Ag/Ag + +0,Be/Be 2+ -1,847 Mn/Mn 3+ -0,283 Rh/Rh 3+ +0,U/U 3+ -1,789 Co/Co 2+ -0,277 Hg/Hg 2+ +0,Hf/Hf 4+ -1,70 Ni/Ni 2+ -0,250 Pd/Pd 2+ +0. A1/A13+ -1,663 Mo/Mo 3+ -0,2 Ir/Ir 3+ + 1,T1/T12+ -1,63 Sn/Sn 2+ -0,136 Pt/Pt 2+ +1,Zr/Zr 3+ -1,529 Pb/Pb 2+ -0,126 Au/Au 3+ + 1,Fe/Fe 3+ -0,037 Au/Au+ + 1, U/U 4+ -1, НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Таблица П.2. Важнейшие кислоты и их анионы Формула Название Кислоты Анионы 1 HF Фтороводородная Фторид 2 HC1 Хлороводородная (соляная) Хлорид 3 HClO Хлорноватистая Гипохлорит 4 HC1O2 Хлористая Хлорит 5 НСlOз Хлорноватая Хлорат 6 HC1O4 Хлорная Перхлорат 7 H2MnO4 Марганцовистая Марганат 8 HMnO4 Марганцовая Перманганат 9 HBr Бромоводородная (бромистая) Бромид 10 HBrO Бромноватистая Гипобромит 11 НВrOз Бромноватая Бромат 12 HI Йодоводородная (йодистая) Йодид 13 HIO Йодноватистая Гипойодит 14 HIОз Йодноватая Йодат 15 HIO4 Йодная Пермодат 16 H2S Сероводородная Сульфид 17 H2SO3 Сернистая Сульфит 18 H 2SO4 Серная Сульфат 19 H2S2O3 Тиосерная Тиосульфат 20 H2S2O7 Пиросерная Пиросульфат 21 H2CrO4 Хромовая Хромат 22 Н2Cr2O7 Двухромовая Дихромат (бихромат) 23 HNO3 Азотная Нитрат 24 HNO2 Азотистая Нитрит 25 НзРО4 Ортофосфорная Ортофосфат 26 НРОз Метафосфорная Метафосфат 27 H4P2O7 Пирофосфорная Пирофосфат 28 H3AsO4 Ортомышьяковая Ортоарсенат 29 H3SbO4 Ортосурмяная Ортоантимонат 30 HВiO2 Висмутовая Висмутат 31 H2CO3 Угольная Карбонат 32 СНзСООН Уксусная Ацетат 33 H2SiO3 Метакремниевая Силикат 34 H2VO3 Метаванадиевая Метаванадат 35 НзВОз Ортоборная Ортоборат 36 H2B4O7 Четырехборная Тетраборат 37 HCSN Родановодородная Роданид НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Таблица П.3. Схемы окислительно-восстановительных превращений Условия Продукты Окислители превращений превращения Окислители - простые вещества O2 + red 2О2 (Н2О, ОН) F2, С12 Br2 l2 [На1]2 2F, 2Сl, 2Вr, 2I 2[Hal] кислородсодержащие кислоты H2S O4 (конц.) + red (слабый) S+4O + red (средний) S° + red (сильный) (H2S2)°; S2- HN+5О3 (конц.) + red N+4OHN+5Оз (разб.) N+2O; N20 (при нагревании) HN+5О3(оч. разб.) (N3H4)+; N+2O; (N3H3)° HN+5O3 + red (неметалл) N+2O анионы кислородсодержащих кислот Мп+704 + red (кислая Mn2+ среда) + red (сл.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.