Ржавление железа значение в жизни и деятельности человека: Ржавление железа, химическое явление, играет какую роль в жизни и деятельности человека?

Содержание

Какие последствия вызывает коррозия? | Camfil

Одним из последствий загрязнения воздуха, о котором редко кто говорит, является коррозия искусственных материалов. По мере роста уровня загрязнения воздуха в промышленно развитых странах отмечается и соответствующее ему повышение уровня коррозии. Однако это сказывается не только на созданных человеком памятниках. Это влияет на автомобили, бытовых приборах, садовой мебели и бытовых инструментах.

Коррозия также может вызвать повреждение оборудования для центров обработки данных, промышленного оборудования, привести к проблемам при протекании чувствительных процессов и разрушить памятники культуры. Для всех этих областей применения необходим контроль коррозии. Скачайте наш информационный бюллетень об измерении уровня коррозии.

Кроме того коррозия ведет к износу важной инфраструктуры, например усиленных стальными конструкциями дорожных развязок, опор линий электропередач, сооружений парковок и мостов.

Одним словом, коррозия – это предмет, требующий дальнейшего исследования, чтобы можно было понять, как этот скрытый износ влияет на вашу жизнь.

Что такое коррозия?

Коррозия– это процесс разрушения материала, вызываемый химической реакцией со средой, в которой он находится. Коррозия металла возникает, когда его поверхность вступает в контакт с газом или жидкостью, при этом процесс ускоряется под воздействие высокой температуры, кислот и солей.

Несмотря на то, что слово «коррозия» используется для описания разрушения металла, разрушению подвергаются все природные и искусственные материалы, а уровень загрязнений в воздухе может ускорить этот процесс.

Причина заключается в том, что взвешенные в воздухе загрязнения, такие как твердые примеси (PM), образуются в результате химических реакций между жидкостями и твердыми веществами. Те же жидкости и твердые вещества, в том числе соль и углерод, могут взаимодействовать с молекулами металлов и ускорять износ.

Кроме того кислые газы играют важную роль в коррозии материалов непосредственно или выступая в роли прекурсора для образования коррозионноактивных частиц (PM).

Диоксид серы, образующийся при работе электростанций и автомобильных выхлопов, является одной из основных причин коррозии. Диоксид серы пагубно влияет на медные контакты, используемые в электроприборах.

Высокое содержание диоксида серы может нанести вред деревьям и растениям, уничтожая листву и препятствуя их дальнейшему росту. Недавнее исследование Greenpeace показало, что высокое содержание диоксида серы в воздухе приводит к преждевременной смерти (1).

Другими словами диоксид серы не только способствует износу металла и других материалов. Он также оказывает пагубное воздействие на здоровье человека. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выяснило, что кратковременное воздействие оксида серы может привести к усилению симптомов астмы и вызвать затруднение дыхания. (2)

Исследование атмосферной коррозии увеличивает осведомленность

Проведенное недавно исследование атмосферной коррозии позволило понять, как взвешенные в воздухе загрязнения напрямую влияют на металл в среде промышленного города.

Исследователи начали свою работу с утверждения о том, что атмосферная коррозия металлов и их сплавов является обычным явлением в среде промышленного города из-за высокой концентрации коррозийных загрязняющих веществ в воздухе. (3)

Другими словами, исследователи сделали теоретическое заключение о том, что загрязнение воздуха в крупном городе ускоряет процесс коррозии и способствует ускоренному износу металлов, чем уровень загрязнения в менее крупных городах.

Чтобы проверить эту теорию экспериментально, ученые разместили образцы различных металлов в среде промышленного города и оставили их там на 12 месяцев, чтобы определить воздействие взвешенных в воздухе частиц на скорость коррозии. В городе, где проводились испытания, был выбран район с высоким уровнем загрязнений.

Исследование показало, что металлы корродировали намного быстрее зимой, когда уровни загрязнения были самыми высокими. Увеличение уровня загрязненности воздуха было вызвано повышением объемов выбросов близлежащих теплоэлектростанций, а также выхлопами автомобилей и печей, которые широко использовались для отопления.

Самыми распространенными загрязнениями, которые ускоряли коррозию были диоксид серы, пыль и влажность.

Высокая концентрация была зафиксирована для сероводорода, который образовывался на мусороперерабатывающих заводах в процессе геотермального или анаэробного распада органических отходов; диоксида азота из выхлопных газов, хлороводорода, хлора, уксусной кислоты и химических веществ, выделяющихся в ходе протекания промышленных процессов.

Влияние коррозии на электронное оборудование

Выход из строя оборудования в связи с коррозией был зафиксирован еще во времена существования механических телефонных станций в начале 19 века.

Широкое использование компьютеров и электронного оборудования в современном мире, а также увеличение уровня загрязненности воздуха особенно в крупных промышленных городах, заставило ужесточить требования к решениям для предотвращения поломок оборудования.

В настоящее время центры обработки и передачи данных являются особенно важными. Одним из способов снижения стоимости охлаждения является «свободное охлаждение» или «экономайзеры испарительного охлаждения воздуха», которые представляют собой системы, использующие атмосферный воздух и систему фильтров для его очистки для непосредственного охлаждения. Скачайте наш информационный бюллетень о рисках коррозии для электронного оборудования.

Последствия коррозии

Какие последствия коррозии могут повлиять на нашу повседневную жизнь?

Существует несколько прямых последствий коррозии, в том числе:

Повреждение коммерческих самолетов
Повреждение жестких дисков и компьютеров, контролирующих протекание сложных процессов (например на электростанциях, нефтехимических заводах, целлюлозно-бумажном производстве)
Повреждение серверов в центрах обработки данных
Повреждение музейных экспонатов
Затраты на ремонт или замену вышедшего из строя бытового оборудования

«Мы знаем, что многие коммерческие отрасли, например нефтегазовая, целлюлозно-бумажная, строительная отрасли и производство электроники, уязвимы для воздействия коррозии», – заявил руководитель департамента молекулярной фильтрации компании Camfil. «Без применения методов контроля высока вероятность отказа оборудования или выход из строя конструкции, которые могут иметь катастрофические последствия. Вот почему молекулярная фильтрация так важна для удаления вызывающих коррозию веществ из воздуха и обеспечения целостности конструкций». Узнать больше о контроле коррозии из нашей .

Created 24 января 2019 г.

ГДЗ (ответы) Химия 8 класc Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., 2019, §6 Физические и химические явления. Химические реакции » Крутые решение для вас от GDZ.cool

ГДЗ (ответы) Химия 8 класc Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., 2019, §6 Физические и химические явления. Химические реакции

Во всех упражнениях

красным цветом приводится решение,

а фиолетовым ― объяснение.

Задание 1 Сравните физические и химические явления. Ответ проиллюстрируйте конкретными примерами.
При физических явлениях состав и свойства вещества не изменяются.

К таким явлениям можно отнести изменение агрегатного состояния вещества, например, испарение воды, замерзание воды, плавление металла.
При химических явлениях исходные вещества превращаются в другие вещества, обладающие другими свойствами. Например, ржавление железа сопровождается изменением цвета, порча продуктов питания – изменением цвет и запаха, сгорание топлива – выделением тепла и появлением цвета.

Задание 2 Заполните таблицу, используя ваш жизненный опыт. Результат обсудите с соседом по парте.

Примеры физических явлений	Значение этих явлений в жизни и в деятельности человека
1. Плавление металлов	Получение сплавов, пластмасс
2. Кристаллизация	Образование льда, инея, получение кристаллов кремния
3. Растворение веществ	Физиологические растворы, соление супа, приготовление напитков

Примеры химических явлений	Значение этих химических явлений в жизни и в деятельности человека
1. Горение бензина	Используется в двигателе
2. Горение дров	Обогрев помещения, приготовление пищи
3. Окисление веществ	Корродирование гвоздей, образование минеральных удобрений, переваривание пищи

Задание 3 Каковы условия возникновения и течения химических реакций?
Площадь соприкосновения реагирующих веществ и нагревание до определенной температуры.

Пользуясь знаниями из курсов физики и географии и на основе своего жизненного опыта приведите 3-4 примера химических явлений и опишите признаки их протекания.

Химическое явление	Признаки протекания
1. Желтение листьев на деревьях	изменение цвета
2. Взрыв динамита	выделение света и теплоты
3. Ржавление железа	изменение цвета
4. Появление накипи на чайнике	образование осадка
5. Бронзовые памятники покрываются з зеленым налетом	изменение цвета
6. Выцветание цветной ткани на солнце	изменение цвета

ТЕСТ 1
К физическим явлениям не относится
1) замерзание воды
2) плавление алюминия
3) горение бензина
4) испарение воды
Ответ: 3

ТЕСТ 2
К химическим явлениям не относится
1) ржавление железа
2) подгорание пищи
3) горение бензина
4) испарение воды
Ответ: 4

урок химии «Коррозия металлов» — химия, уроки

Тема: «Коррозия металлов »

«Жизнь человеческая подобна железу. Если употреблять его в дело, оно истирается, если не употреблять – ржавеет»

Катон старший.

Древнеримский философ

Этой теме предшествовали темы: «Сплавы», «Получение металлов», «Общие химические свойства металлов».

Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний

Тип нового знания: введение понятия — коррозия химическая и электрохимическая.

Технология: урок общеметодолгической направленности.

первая часть разработана в системе традиционного обучения с опорой на технологию, личностно-ориентированного деятельностного метода, есть элементы проблемного обучения.
вторая часть урока: исследовательская с элементами проблемного изучения и опорой на групповую форму работы.

Цель: Сформировать понятие о коррозии металлов, рассмотреть классификацию и причины коррозионных процессов, изучить способы защиты металлов от коррозии.

Задачи

Образовательные

Познакомить с сущностью химической и электрохимической коррозии металлов;
Научить использовать приобретённые знания для объяснения явлений окружающей среды;
Научить грамотному использованию металлических изделий.

Развивающие

Продолжить развивать умения проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности;
Развивать информационную компетентность учащихся, проявляющуюся в умении получать информацию из различных информационных источников, проводить анализ и синтез собранной информации;
Продолжить формирование химической грамотности;
Развивать некоторые практические умения защиты металлов от коррозии.

Воспитательные

Продолжать прививать интерес к химии через межпредметные связи, связь науки с жизнью, опережающее задание группам учащихся;
Развивать самостоятельность в работе учащихся и умение работать в группах: сотрудничать;
Вырабатывать познавательную активность.
Планируемые результаты:

Познавательные

Личностные

Коммуникативные

Регулятивные

Учащиеся научатся самостоятельно создавать способы решения проблем творческого характера;

научатся определять вид коррозии, способы защиты металлов от коррозии; усовершенствуют навыки в составлении уравнений реакций.

Научатся анализировать, сравнивать, обобщать, выделять главное, делать выводы.

Разовьют умение участвовать в диалоге; сотрудничать с одноклассниками в поиске и сборе информации; принимать решения и реализовывать их; точно выражать свои мысли.

Усовершенствуют умение организовывать свое рабочее место под руководством учителя; определять цель и составлять план выполнения эксперимента; развивьют практические навыки и умения при решении повседневных проблем связанных с химическими процессами.

Оборудование и материалы:

Оборудование: спиртовка, тигельные щипцы, спички, лотки, пробирки, гвозди, медная проволока, медная и серебряная монеты;

Реактивы: Сu, пробирки с заранее подготовленными (за 4 дня) образцами эксперимента по изучению условий коррозии —

пробирка №1 — раствор гидроксида натрия +ж. гвоздь

пробирка №2 — раствор хлорида натрия +ж.гвоздь.

пробирка №3 — раствор хлорида натрия +ж.гвоздь обвитый медной проволокой

пробирка №4 раствор хлорида натрия +ж.гвоздь +цинк

пробирка №5- медная пластина + раствор хлорида натрия;

Образцы металлических изделий и сплавов, с разными способами защиты металла от коррозии.

Раздаточный материал: опорные конспекты, дидактический материал на столах учащихся для самостоятельной и групповой работы.

Компьютерная презентация « Коррозия металлов»

Форма организации учебной деятельности: фронтальная, групповая, индивидуальная

Ход урока

Организационный момент

Приветствие, настрой на работу.

— Здравствуйте ребята. Сегодня на уроке я желаю вам плодотворной работы и хороших оценок.

Проверка знаний учащихся

— Какую тему изучаем? (металлы)

— Какие вещества относятся к металлам? Где металлы расположены в ПТХЭ?

Тестирование основной части учеников (Учащиеся отвечают на вопросы теста, меняются листочками и проверяют ответы друг друга, листы проверки сдают учителю).Тест прилагается (Приложении № 1)

Ответы: Правильный ответ: 1 вариант 1-Б, 2-Б, 3-В, 4-В, 5-Б,

2 вариант 1-А, 2–Г, 3–А, 4-А,5-Г

( 1 вариант — ББВВБ 2 вариант — АГААГ) (Написано на доске)

Ключ оценивания: 5 «+» – «5»

4 «+» — «4»

3 «+» — «3»

1-2 «+» — «2»

3. Мотивация учения. Формулировка темы урока. Постановка целей и задач.

Учитель: Сегодня мы с Вами продолжаем говорить о металлах, их общих свойствах. Тема, которую мы будем рассматривать, волновала человечество издавна, как только оно начало применять металлические изделия.

Недавно мне попалась интересная информация, которой я хочу с вами поделиться

1. В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера, была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище её было обшито сплавом меди и никеля, киль и другие детали были изготовлены из стали. Когда яхту спустили на воду, оказалось, что она не пригодна к использованию. И ещё до выхода в открытое море была полностью выведена из строя

2. В III столетии до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи бога Солнца Гелиоса. Статуя была изготовлена из глины, основой служил железный каркас, а сверху статуя была покрыта листами из бронзы ( сплав меди с оловом). Колосс Родосский считался одним из 7 чудес света однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения

3. 31 января 1951 года, при сильном морозе, обрушился железный мост в Квебеке (Канада), введенный в эксплуатацию в 1947 году.

4. В 1964 году рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире – 400 метровая антенная мачта на юго-западном побережье Гренландии.

Учитель: О чем пойдет речь на уроке?

Ученики: Вероятно о явлениях разрушения металлов.

Учитель: Как часто вы встречаетесь с явлением разрушения металлов?

Ученики: Приводят примеры. (Учитель демонстрирует слайды, с фотографиями изделий, подвергшихся коррозии)

Учитель: А знаете ли вы, как называется это явление? (ржавление, коррозия)

Итак, мы сегодня изучаем процесс коррозии металлов.

Составьте, пожалуйста, вопросы к теме «Коррозия металлов и способы защиты от неё» используя данные вопросительные слова.
Фронтальный опрос учащихся с фиксированием лучших вопросов на доске.

Учитель: Скажите, пожалуйста, какова будет цель нашего урока?

Ученики: Получить ответы на поставленные вопросы.

Мы должны выяснить:

Что такое коррозия металлов?
Какова роль коррозии в жизни человеческого общества и зачем ее изучать?
Какие виды коррозии бывают?
Как протекает этот процесс?
Какие способы защиты от нее существуют?

Ответить на эти вопросы поможет стихотворение:

Мы видим мрачную картину,

Вот ржавый гвоздь и ржавая труба,

И даже новую машину

За год буквально съела ржа.

Ползет она как змей ужасный

И вглубь, и вширь, и поперек.

Корабль, краскою блиставший,

С дырой в боку ко дну идет.

Ржавеет все – тросы, лебедка,

Опоры зданий и мостов,

И даже руль подводной лодки

Всегда к ржавлению готов.

И где же выход из проблемы,

И в чем причина бедствий тех?

Найдем ответ мы непременно

Пусть нам сопутствует успех.

Изучение нового материала

Учитель: Давайте вспомним, в каком виде металлы встречаются в природе?

— Правильно — в виде соединений, поэтому при попадании чистого металла в естественные (природные) условия происходит обратный процесс – окисление металлов, металлы возвращаются в устойчивое для них состояние в виде ионов

— Назовите важнейшие руды, используемые для получения железа.

Ученики: Красный железняк – Fe₂O₃, бурый железняк — 2Fe₂O_3*3H₂O, магнитный железняк – Fe₃O₄.

Учитель: Легко ли получить железо из этих руд? Перечислите способы получения металлов.

Ученики: Конечно же, нет, железо получают пирометаллургическим способом.

Пирометаллургический,

гидрометаллургический,

электрометаллургический.

Учитель: Какой процесс протекает при этом с металлами?

Ученики: Железо восстанавливается.

Учитель: Действительно приходится применять сложные и чрезвычайно энергоемкие металлургические процессы, чтобы извлечь металлы из химических соединений, и изготовить из них необходимые предметы.

Но большую долю результатов этого труда отнимает у людей злейший враг металлов — коррозия.

ВРЕД, наносимый коррозией

По данным Института физической химии РАН, каждая шестая домна в России работает впустую – весь выплавляемый металл превращается в ржавчину. «Ржа ест железо» — гласит русская народная поговорка.

Ржавчина, которая появляется на поверхности стальных и чугунных изделий, — это яркий пример коррозии. Вы, конечно же, слышали это слово.

Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы корродируют, но не ржавеют. В повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа. (Демонстрация слайдов материалов со следами коррозии)

Слово коррозия происходит от латинского слова corrodere, что означает разъедать. Так считали древние, а что мы подразумеваем под процессом коррозии?

Предполагаемый ответ учеников:

Коррозия – это разрушение металлических изделий.

— Найдите определение в учебнике.

Учитель:

Коррозия причиняет огромный ущерб, и мы повседневно замечаем следы ее опустошительного действия. Только потери стали из-за коррозии во всем мире оцениваются в сотни миллиардов долларов в год. Помимо этого коррозия причиняет огромный не поддающийся учету ущерб, связанный с выходом из строя коррозирующих деталей, машин, оборудования и сооружений. А загрязнения окружающей среды, вызванные утечкой газа, нефти и других опасных веществ из трубопроводов из-за коррозии, что отрицательно воздействует на здоровье и жизнь людей.

В ноябре 2007 года в Керченском заливе во время сильного шторма затонуло 12 судов. Все они были насквозь проржавевшими. Один из них — танкер “Волгонефть-139” разломился пополам. В море вылилось 2000 т мазута. В результате погибло 35000 птиц, несколько десятков километров береговой линии оказались загрязненными. Предварительный ущерб равен 30 млрд. рублям. Самое страшное, что погибли люди. Причиной этого экологического бедствия явился не только шторм, но и человеческий фактор: такие суда нельзя допускать к эксплуатации! (Журнал “Огонек” №49, ноябрь, 2007)

Все осознают, что с коррозией надо бороться. А чтобы ее победить нужно, знать причины и механизмы ее протекания.

Учитель: Возникает ли коррозия без причины? Что может вызвать появление этого процесса?

Ученики: Окружающая среда.

Виды коррозий

Сплошная коррозия распределяется равномерно по всей поверхности металла или сплава (например, процесс ржавления сплавов железа на воздухе или их взаимодействие с сильными кислотами)

При местной коррозии ее очаги распределяются неравномерно — в виде коррозионных пятен или точек, что особенно опасно для промышленной химической аппаратуры.

Рассмотрим подробнее химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – самопроизвольное разрушение металлов в среде окислительного газа при повышенных температурах или в жидких неэлектролитах (например, нефть).

Ей подвергается арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания и аппаратура химической промышленности. При этом происходят окислительно-восстановительные реакции, в ходе которых металл окисляется, а присутствующий в среде окислитель восстанавливается, электроны переходят от металла к окислителю без возникновения в цепи электрического тока.

Лабораторный опыт № 1. Проведём небольшой эксперимент. Прокалим медную пластинку на воздухе в пламени горелки. Помним об осторожном обращении с огнём и о правилах тушения сухого горючего. Что наблюдаем?

— изменение окраски – появление черного налета, значит произошла химическая реакция.

При взаимодействии меди с кислородом идет реакция:

2Cu + O₂ → 2CuO (запись в тетради и на доске).

Кислород является одним из агрессивных факторов коррозии. При этом происходит химическая коррозия.

Некоторые металлы на воздухе покрываются плотной оксидной пленкой, например алюминий, и металл не корродирует.

Что не скажешь о железе – ржавчина не прилегает к металлу, рыхлая, и металл может разрушиться весь.

Электрохимическая коррозия — самопроизвольный процесс разрушения металлов в среде электролитов (сл 21)

При электрохимической коррозии требуется наличие электролита (конденсат, дождевая вода и т.д.), как например при ржавлении железа во влажном воздухе. При электрохимической коррозии возникает электрическая цепь.

4Fe + 3O_{2(воздух)} + 6H₂O_(влага) → 4Fe(OH)₃

Также электрохимическая коррозия возникает при контакте двух металлов.

Практическая работа «Условия возникновения коррозии и факторов, влияющих на её скорость»

При использовании металлических материалов важен вопрос о скорости их коррозии. От чего зависит скорость коррозии? В этом помогут разобраться опыты.

Учитель: За неделю до этого урока мы с вами ребята сделали опыты, а сегодня посмотрим результаты. Перед вами пять пронумерованных стаканов. Ответьте на вопросы. (на карточках)

В стакане №1(железный гвоздь+ чистая вода) железо слабо прокорродировало, в чистой воде коррозия идет медленнее, т.к. вода слабый электролит. Это химическая коррозия.

В стакане №2 (железный гвоздь+ раствор хлорида натрия ) – тоже химическая коррозия, но скорость выше, т.к. вместо чистой воды мы взяли раствор хлорида натрия. Следовательно, это вещество усиливает коррозию

В стакане №3 (железный гвоздь +медная проволока+раствор хлорида натрия) железный гвоздь находится в контакте с медной проволокой и опущен в раствор хлорида натрия. Скорость коррозии очень велика, образовалось много ржавчины. Почему? Во-первых, NaCI – сильно коррозийная среда для железа. Во-вторых, железо более активный металл, находится в контакте с медью (менее активным металлом). Более активный разрушается.

В стакане №4(железный гвоздь+ цинковая пластина+ раствор хлорида натрия) железный гвоздь находится в контакте с цинковой пластинкой, и в растворе NaCI коррозии железа нет, мы наблюдаем коррозию, но цинка. (Почему?). Цинк более активный металл, чем железо, именно он будет корродировать, а железо будет оставаться защищенным до тех пор, пока не прокорродировал весь цинк

В стакане №5 железный гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому добавили раствор гидроксида натрия. Коррозия практически отсутствует. Следовательно, гидроксид натрия замедлил коррозию, а ионы являются замедлителями коррозии, т.е. ингибиторами

Общий вывод по работе:

Коррозия металла резко усиливается, если он соприкасается с каким- либо другим, менее активным металлом.
Коррозия зависит от состава окружающей среды.
Коррозия зависит от характера металла

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

Итак, мы выяснили, что такое коррозия, в чем ее сущность, каких видов она бывает, от чего зависит, знаем, что она приносит громадный ущерб человечеству. Осталось познакомиться со способами защиты от коррозии. Защита металлов от коррозии – очень важная задача.

Великий Гете сказал: «Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать». Как защитить металлы от коррозии?

— Также на прошлом уроке вам было дано задание предложить способы защиты металлов от коррозии. Учащиеся подготовили свои сообщения и проиллюстрировали их на слайдах. Вам слово.

Выступления учащихся на тему «Методы борьбы с коррозией»

Неметаллическое покрытие (лаки, масла, краски и т.д.). Эти вещества изолируют металл от внешней среды. Например, Эйфелева башня в Париже изготовлена из стали и требует покрытия краской для защиты от коррозии и стала весить вместо 9 тонн на 70 тонн больше. (слайд № 27-28)
Металлическое покрытие – некорродирующими металлами (Zn, Cr, Ag, Ni, Sn и т.д.). Кровельное железо покрывают цинком, который охраняет железо от коррозии, хотя цинк и является более активным металлом. Он сам покрыт оксидной пленкой. (слайд № 29-30)
Нержавеющие стали ( введение легирующих металлов: Cr, Ni, Co, Cu и т.д.). Основано на создании сплавов с антикоррозионными свойствами. Введение в сталь 12% хрома получают сталь устойчивую к коррозии. А введением никеля, кобальта и меди — усиливают антикоррозионные свойства, так как повышают склонность сплавов к пассивации (образование на поверхности металла устойчивой оксидной пленки). (слайд № 31)
Введение ингибитора. Ингибитор – это вещество, способное в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Дамасские мастера для снятия окалины использовали растворы сульфатной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были первыми ингибиторами. В результате растворялись лишь окалина и ржавчина. Например, гвоздь в воде с маслом не корродирует – масло является ингибитором. Ингибиторы широко применяются при очистке от накипи паровых котлов, снятия окалины с обработанных изделий, при хранении и перевозке хлоридной кислоты в стальной таре.( слайд 32)
Протекторная (более активный металл, стоящий левее в ряду электрохимического напряжения металлов) – легко разрушается. Протекторная защита применяется в тех случаях, когда защищается конструкция (подземный трубопровод, корпус корабля), находящаяся в среде электролита (морская вода, подземные почвенные воды и т.д.). Сущность такой защиты заключается в том, что конструкцию соединяют с протектором – более активным металлом, чем металл защищаемой конструкции. Например, дно корабля защищают кусочками из металла Zn, защищая железное дно от разрушения. В роли протекторов выступают и другие металлы: Mg, Al, Zn и сплавы из них. (слайд 33)

— Ещё одним из способов защиты металлов от коррозии является изготовление сверхчистых металлов. Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии. Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует, чем обычное железо. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. ( сл 34) Сделана она из чистого железа (99,72 %) и весом 6,5 тонн, высотой 7,2 метра и в диаметре от 42 см у основания и до 30 см у верха. Колонна была воздвигнута в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки исполнится заветное желание. Ученые предполагают, что эта колонна изготовлена из метеоритного железа.

5.Первичное закрепление материала. Итог урока.

В заключение урока подведем итог: сможем ли мы применить полученные знания на практике? (карточки для учащихся)

В подвале дома обнаружили ящик с гвоздями, но от неправильных условий хранения многие из них были покрыты ржавчиной.
Что представляет собой ржавчина с химической точки зрения?	Гидроксид железа (III)
Каким простым способом можно удалить ржавчину?	Протереть раствором соляной кислоты или уксуса.
Молодая хозяйка повесила сушить белье на железную проволоку, натянутую между стойками. Когда белье высохло, она с ужасом обнаружила на чистом белье желтые полосы.
Как объяснить появление полос на белье?	Ржавчина.
Как можно избавиться от этих пятен?	Лимонной кислотой.
В домашней мастерской всегда много инструментов, запчастей и материалов, которые в основном изготовлены из металлов и их сплавов. Но вот беда — при хранении металлические изделия подвергаются коррозии.
Укажите условия хранения металлических изделий, которые продлят срок их службы.	Использовать защитные покрытия – смазки, краски, лаки.
Соляная кислота с добавкой ингибитора нашла применение для очистки паровых котлов от отложений накипи и удаления с поверхности металлов ржавчины и окалины.
Почему?	Накипь, ржавчина и оксиды металлов в кислоте растворяются, а металл в кислоте в присутствии ингибитора не растворяется.

Итак, на сегодняшнем уроке мы убедились в огромном значении процессов коррозии для нашей жизни, определили причины коррозии, условия среды, вызывающие коррозии, необходимость борьбы с коррозией и способы защиты от коррозии. Также необходимо отметить вашу продуктивную деятельность на уроке. Вы не только разобрались в вопросах темы, провели исследование, но сумели его проанализировать, сделать выводы и оформили результаты.

6.Рефлексия

Как я усвоил материал? (в листах самоанализа)

Китайская мудрость гласит «Даже если вы достигли вершины горы, продолжайте карабкаться дальше. Многие армянские сказки заканчиваются фразой: «… первое яблоко тому, кто рассказывал. Второе – тому, кто слушал. А третье-кому? Тому – кто понял». Я уверена, что сегодня с урока вы уходите с яблоками, хотя и виртуальными.

Спасибо за сотрудничество! Урок окончен! Надеюсь, полученные знания были вам полезны и вы сумеете ими воспользоваться в дальнейшем.

7.Домашнее задание: П.13, упр 1 , 2 стр. сообщение о пользе коррозии.

Лист самоанализа и самооценки обучающегося

________________________ 9 класса.

№п/п	Вид работы	Оценка
1	Устный опрос
	2.Тестирование Тест для проверки знаний 1 вариант 1.В химических реакциях металлы Ме⁰выполняют роль а) окислителей; б) восстановителей; в) окислителей и восстановителей . 2.Неактивные металлы с водой… а) реагируют при нагревании; б) не реагируют; в) реагируют при нормальных условиях 3 К активным металлам относятся а) Cu, Ag, Hg, Pb; б) Ca, Вe, Na, Li; в) Ca, Na, Li, Ba. 4 С кислородом воздуха легко взаимодействуют а) железо, цинк, медь; б) золото, ртуть, платиновые металлы; в) калий, кальций, франций. 5 Железо встречается в сплавах: а) бронза; б) серый чугун; в) латунь; г) все ответы верны
3	Индивидуальная работа с учебником

4.Опыты

5. Способы защиты от коррозии

Как я усвоил материал?

Выберите нужную букву:

А) Получил прочные знания, усвоил весь материал.

Б) Усвоил материал частично.

В) Мало что понял, необходимо ещё поработать

Лист самоанализа и самооценки обучающегося

________________________ 9 класса.

№п/п	Вид работы	Оценка
1	Устный опрос
	2.Тестирование Тест для проверки знаний Вариант 2 1 С водой с образованием растворимого гидроксида взаимодействует: а) К; б)Zn; в)Pb; г)Ag. 2.В электротехнике используют следующее физическое свойство меди и алюминия: а) теплопроводность; б) ковкость; в) пластичность; г) электропроводность. 3 С раствором серной кислотой не будет взаимодействовать: а) Сu; б)Fe; в) Al; г)Zn. 4 С хлороводородной кислотой взаимодействуют при н.у. а) алюминий, кальций, железо; б) серебро, магний, медь; в) цинк, ртуть, никель. 5 Способы получения металлов: а) гидрометаллургия; б) пирометаллургия; в).электрометаллургия; г)все ответы верны.
3	Индивидуальная работа с учебником

4. Опыты

5. Способы защиты от коррозии

Как я усвоил материал?

Выберите нужную букву:

А) Получил прочные знания, усвоил весь материал.

Б) Усвоил материал частично.

В) Мало что понял, необходимо ещё поработать.

«Коррозия металлов»

Катон старший. Древнеримский философ

Коррозия – это ________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

Коррозия бывает:

по характеру разрушений ______________________________________________________________

по виду коррозионной среды____________________________________________________________

по процессам _________________________________________________________________________

Коррозия железа может быть описана уравнением ____________________________________________________________________________

Химическая коррозия – это _____________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

Электрохимическая коррозия – это

Определения влияния условий окружающей среды на скорость коррозии

№	Условия	Осадок
№	Условия	Осадок	Сравни	Вывод
1	Fe в растворе NaOH		2-5
2	Fe в растворе NaCl		2-3
3	Fe + Cu в растворе NaCl		2-4
4	Fe +Zn в растворе NaCl		2-1
5	Cu в растворе NaCl

Выводы

Условия возникновения и протекания коррозии:

2.___________________________________________________________________________________

3.___________________________________________________________________________________

4.__________________________________________________________________________________

5.___________________________________________________________________________________
6.___________________________________________________________________________________

Коррозия — это самопроизвольный, непрерывный процесс разрушения металлов! → Металлы нужно защищать!

Методы защиты от коррозии:

Изоляция метала от окружающей среды_____________________________________________

_________________________________________________________________________________

Изменение характера среды________________________________________________________
Подбор металла для материала, изготовление сплавов_________________________________ _________________________________________________________________________________
Протекторная защита______________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________

Домашнее задание § 10, упр. 1,2. после параграфа. Желающие могут составить кроссворд по теме «Коррозия металлов».

1 Коррозия — ее влияние и контроль | Возможности исследований в области науки и техники коррозии

Системы ядерных реакторов

Коммерческие и военные ядерные реакторы испытали широкий спектр проблем с коррозией за последние 55 лет, и, начиная с 1960-х годов, исследования коррозии нашли хорошее применение для смягчения и решения этих проблем. Все действующие предприятия в США используют обычную легкую воду с небольшим количеством примесей, но, тем не менее, они удивительно подвержены коррозии.

В системах реакторов с кипящей водой преобладающей проблемой было межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) в аустенитной нержавеющей стали 304, сенсибилизированной сваркой, что приводило к серьезным простоям оборудования. Эта ситуация была изменена осознанием того, что растрескивание можно контролировать, изменяя химический состав воды и состояние увлажненных поверхностей установки.

Во-первых, было снижено содержание примесей в воде; затем вводили водород в нежелательно высоких концентрациях, чтобы снизить коррозионный потенциал стали.Затем, в классическом применении науки о коррозии, было показано, что влажное осаждение благородных металлов на поверхности растений может обеспечить аналогичный уровень защиты с гораздо более низким содержанием водорода. Все эти практические меры по смягчению последствий были поддержаны обширными научными исследованиями в области коррозии, включая разработку датчиков на месте для мониторинга содержания водорода, электродного потенциала и скорости роста трещин.

В реакторах с водой под давлением проблемы коррозии были связаны в основном с парогенераторами, где сплав 600 на основе никеля первоначально использовался для труб, которые отделяли воду теплоносителя первого контура от воды, которая кипятится для привода турбин.Это оказалось плохим выбором, потому что материал был подвержен SCC с обеих сторон. Однако меры по исправлению положения — включая термическую обработку материала труб, замену трубок новым сплавом и уменьшение отложений шлама, возникающего из-за примесей в питательной воде, — продлили срок службы парогенераторов.

В процессе этого смягчения последствий были проведены превосходные исследования в поддержку критических вопросов в области металлургии, химического машиностроения, науки о коррозии и даже геохимии. Теперь отрасль находится в таком положении, что она может — с достаточной уверенностью — прогнозировать чрезвычайно долгий срок службы своих новых станций, а также превышать целевые показатели по продлению срока службы отремонтированных станций.

Оба типа ядерных установок столкнулись с проблемами SCC из-за облученного нейтронами материала в активной зоне, и некоторые из самых амбициозных исследований коррозии за последние два десятилетия имели дело с полученным сочетанием изменения свойств материала, микроструктуры и поведения SCC с использованием достижений в моделировании и характеристике. В результате экспериментов и фундаментальных исследований срок службы материала можно предсказать более точно, и существуют рекомендации для новых сплавов с повышенной устойчивостью к этой специализированной форме SCC.Конечная цель — количественное прогнозирование срока службы после полного понимания механизмов коррозии и деградации.

Химическая реакция, вызывающая ржавчину

Ржавчина — это общее название оксида железа. Самая известная форма ржавчины — красноватый налет, образующий чешуйки на железе и стали (Fe ₂ O ₃), но ржавчина также бывает других цветов, включая желтый, коричневый, оранжевый и даже зеленый! Разные цвета отражают различный химический состав ржавчины.

Ржавчина, в частности, относится к оксидам на железе или сплавах железа, таких как сталь. Окисление других металлов имеет другие названия. Например, на серебре есть потускнение, а на меди — зеленоватый оттенок.

Ключевые выводы: как работает Rust

Ржавчина — это общее название химического вещества, называемого оксидом железа. Технически это гидрат оксида железа, потому что чистый оксид железа — это не ржавчина.
Ржавчина образуется при контакте железа или его сплавов с влажным воздухом. Кислород и вода в воздухе реагируют с металлом с образованием гидратированного оксида.
Знакомая красная форма ржавчины (Fe ₂ O ₃), но железо имеет другие степени окисления, поэтому оно может образовывать ржавчину других цветов.

Химическая реакция, приводящая к образованию ржавчины

Хотя ржавчина считается результатом реакции окисления, стоит отметить, что не все оксиды железа являются ржавчиной . Ржавчина образуется, когда кислород вступает в реакцию с железом, но простого соединения железа и кислорода недостаточно. Хотя около 21% воздуха состоит из кислорода, в сухом воздухе ржавчины не происходит.Встречается во влажном воздухе и в воде. Для образования ржавчины необходимы три химиката: железо, кислород и вода.

железо + вода + кислород → гидратированный оксид железа (III)

Это пример электрохимической реакции и коррозии. Происходят две различные электрохимические реакции:

Происходит анодное растворение или окисление железа, переходящего в водный (водный) раствор:

2Fe → 2Fe ²⁺ + 4e-

Катодное восстановление кислорода, растворенного в воде, также происходит:

O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^— → 4OH ^—

Ион железа и ион гидроксида реагируют с образованием гидроксида железа:

2Fe ²⁺ + 4OH ^— → 2Fe (OH) ₂

Оксид железа реагирует с кислородом с образованием красной ржавчины Fe ₂ O ₃.H ₂ O

Из-за электрохимической природы реакции растворенные в воде электролиты способствуют реакции. Например, в соленой воде ржавчина образуется быстрее, чем в чистой.

Имейте в виду, что газообразный кислород (O ₂₎ — не единственный источник кислорода в воздухе или воде. Двуокись углерода (CO ₂₎ также содержит кислород. Диоксид углерода и вода реагируют с образованием слабой угольной кислоты. Углекислота — лучший электролит, чем чистая вода. Когда кислота атакует железо, вода распадается на водород и кислород.Свободный кислород и растворенное железо образуют оксид железа, высвобождая электроны, которые могут течь к другой части металла. Как только начинается ржавчина, она продолжает разъедать металл.

Предотвращение ржавчины

Ржавчина хрупкая, хрупкая, прогрессирующая и ослабляет железо и сталь. Чтобы защитить железо и его сплавы от ржавчины, поверхность нужно отделить от воздуха и воды. Покрытия можно наносить на утюг. Нержавеющая сталь содержит хром, который образует оксид, подобно тому, как железо образует ржавчину.Разница в том, что оксид хрома не отслаивается, поэтому он образует защитный слой на стали.

Дополнительные ссылки

Gräfen, H .; Хорн, Э. М .; Schlecker, H .; Шиндлер, Х. (2000). «Коррозия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH. DOI: 10.1002 / 14356007.b01_08
Holleman, A. F .; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. ISBN 0-12-352651-5.
Уолдман, Дж.(2015). Ржавчина — самая долгая война . Саймон и Шустер. Нью-Йорк. ISBN 978-1-4516-9159-7.

Коррозия и окружающая среда

Коррозия — это разрушающее воздействие на материал реакция с окружающей средой. Серьезные последствия коррозии процесса стали проблемой мирового значения. Кроме того наши повседневные встречи с этой формой деградации, причины коррозии остановки завода, растрата ценных ресурсов, потеря или загрязнение продукт, снижение эффективности, дорогостоящее обслуживание и дорогостоящая переделка.Это также может поставить под угрозу безопасность и препятствовать техническому прогрессу.

Шаг 1 железо + кислород -> оксид железа

Шаг 2 оксид железа + вода -> гидратированный оксид железа (ржавчина)

Коррозия атмосферная окисление металлов. Это означает, что кислород соединяется с металлом и образует новый слой. Этот слой может быть хорошим или плохим.Безусловно, самый важный Форма коррозии — ржавление железа и стали. Ржавчина — это процесс окисления, при котором железо соединяется с водой и кислородом с образованием ржавчины, красновато-коричневая корка, образующаяся на поверхности железа. Потому что железо настолько широко используется, например, в строительстве и в производстве инструментов, что его защита от ржавления важна. Ржавчину можно предотвратить, исключив воздух и вода с поверхности железа, e.g. покраской, смазкой или смазкой, или покрывая утюг защитным покрытием из другого металла. Многие сплавы железа устойчивы к коррозии. Нержавеющие стали — это сплавы железа с такими металлами, как хром и никель; они не разъедают, потому что добавленные металлы помогают формировать твердое, прочное оксидное покрытие, устойчивое к дальнейшая атака.

Хотя такие металлы, как алюминий, хром и цинк, корродируют их оксиды легче, чем железо, образуют покрытие, защищающее металл от дальнейшего нападения.Ржавчина хрупкая и отслаивается от поверхности. утюга, постоянно обнажая свежую поверхность. Таким образом, эти металлы могут быть лучшим выбором для продукта, который будет подвержен ржавчине условия, такие как вода и воздух.

Распознавание симптомов и механизма коррозии проблема — важный предварительный шаг на пути к поиску удобного решение.Существует пять основных методов борьбы с коррозией:

Заменить материал на более подходящий
Модификации окружающей среды с использованием ингибиторы
Использование защитных металлических или органических покрытий

Конструктивные изменения системы или компонента

Обеспечьте соответствующую вентиляцию и дренаж, чтобы свести к минимуму скопление конденсата
Избегайте депрессивных участков с недостаточным дренажем
Избегайте использования впитывающих материалов (например, войлока, асбеста). и ткани) в контакте с металлическими поверхностями)
Тщательно подготовьте поверхности перед нанесением любая система защитных покрытий.
Обеспечивает легкий доступ для проверки коррозии и ремонтные работы

Информационное обеспечение врачей-коррозионистов для дополнительной информации по:

Специфическая коррозия металлов, теория Коррозии или Глоссарий по коррозии щелкните ссылку

Почему некоторые вещи ржавеют?

Вы когда-нибудь видели очень старую машину? Как насчет старого металлического ключа или набора инструментов? Может быть, вы видели валяющийся старый велосипед.Если какие-то из этих вещей были заброшены и оставлены без присмотра в течение нескольких лет, они, вероятно, в плохом состоянии. На самом деле они, вероятно, приобрели красновато-коричневый цвет. Они могут даже отслаиваться во многих местах.

Что это за красновато-коричневый материал? Это пятна, на которых металл подвергся коррозии, и их называют ржавчиной. Когда металлические предметы ржавеют, они подвергаются опасности. Если в ближайшее время о них не позаботиться должным образом, они никому не пригодятся.

Но что такое ржавчина? Ржавчина — очень распространенное соединение.Его научное название — оксид железа (Fe2O3). Ржавчина образуется, когда железо и кислород вступают в реакцию в присутствии воды или влаги в воздухе.

Но знаете ли вы, что ржавчина не всегда бывает красновато-коричневого цвета? Вы бы поверили, что иногда он зеленый? Это правда! Когда железо вступает в реакцию с хлоридом в подводной среде, появляется зеленая ржавчина. Иногда это можно увидеть на стали, используемой в подводных столбах.

Ржавчина возникает при коррозии железа или его сплавов, например стали. В присутствии кислорода и воды поверхность куска железа сначала подвергнется коррозии.Через некоторое время любой кусок железа полностью превратится в ржавчину и распадется.

Процесс ржавления — это реакция горения, похожая на огонь. При контакте с кислородом железо вступает в реакцию с кислородом с образованием ржавчины. Однако, в отличие от огня, реакция происходит намного медленнее и не вызывает пламени.

Есть определенные факторы, которые могут ускорить процесс ржавления. Например, вода ускоряет реакцию. Другие вещества, такие как соль, также могут увеличить скорость процесса ржавления.

Для предотвращения ржавчины железо можно покрыть покрытием. Это предотвращает его реакцию с кислородом и водой. Один из таких процессов называется гальванизацией. Обычно это включает покрытие железного предмета слоем цинка. Цинк препятствует реакции железа с кислородом и водой с образованием ржавчины.

Другой метод предотвращения ржавчины намного проще и распространен. Что это такое? Краска! Вот так. Простой слой краски может предотвратить реакцию железа с кислородом и водой в окружающей среде.

У вас дома есть ржавые предметы? Как защитить их от коррозии? Действуй быстро! Они могут не подлежать ремонту, прежде чем вы об этом узнаете.

Стандарты: CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.R.4, CCRA.R.10, CCRA.SL.1, NGSS.PS1.B,

Передача энергии 3: ржавчина и коррозия

Назначение

Чтобы понять, как передается энергия во время химических изменений, происходящих в процессе ржавления и коррозии, и понять факторы, которые могут повлиять на эти изменения.

Контекст

Этот урок является третьим из серии из трех частей, посвященных преобразованию энергии. Все три урока имеют общую цель — улучшить понимание учащимися передачи энергии, ее роли в химическом изменении и факторов, которые могут повлиять на это изменение. Тогда каждый дополнительный урок имеет определенную цель. Передача энергии 1 или 2 может выполняться в любом порядке; однако рекомендуется, чтобы Передача энергии 1 и 2 была произведена до Передачи энергии 3.

Передача энергии 1: Термохимия предназначена для улучшения понимания учащимися тепловых и химических реакций.

«Передача энергии 2: Электрохимия» предназначена для повышения осведомленности студентов о переносе электронов и его роли в химических изменениях.

«Передача энергии 3: ржавчина и коррозия» укрепляет понимание студентами термохимии и электрохимии, подвергаясь воздействию процесса, который они наблюдают в повседневной жизни. С помощью практического эксперимента этот урок позволяет учащимся понять, как передается энергия во время химических изменений, происходящих в процессе ржавления и коррозии, и понять факторы, которые могут повлиять на эти изменения.

К концу начальной школы ученики должны знать несколько моментов о преобразовании энергии. Студенты должны знать, что когда более теплые предметы кладутся на более холодные (на расстоянии или рядом друг с другом), более теплые предметы передают внутреннюю энергию (выделяемую в виде тепла) более холодным до тех пор, пока все они не достигнут одинаковой температуры. Они должны понимать, что предметы, излучающие тепло, могут также выделять другие виды энергии, включая свет. И это тепло вырабатывается каждый раз, когда одна вещь трется о что-то еще механическими и электрическими машинами.Студенты также должны знать, что некоторые материалы передают тепловую энергию намного лучше, чем другие (материалы с плохой проводимостью могут уменьшить передачу тепла от объекта).

Эти предварительные знания помогают ученикам средней школы усвоить следующие четыре пункта о преобразовании энергии:

Энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую.
Большая часть того, что происходит во Вселенной — от взрывающихся звезд и биологического роста до работы машин и движения людей — включает преобразование одной формы энергии в другую.Энергия в виде тепла почти всегда является одним из продуктов преобразования энергии.
Тепло может передаваться через материалы при столкновении атомов или через пространство за счет излучения. Если материал жидкий, в нем будут возникать токи, способствующие передаче тепла.
Энергия проявляется в разных формах. Тепловая энергия заключается в беспорядочном движении молекул; химическая энергия находится в расположении атомов; механическая энергия находится в движущихся телах или в упруго деформированных формах; гравитационная энергия заключается в разделении взаимно притягивающихся масс.

Можно потратить много времени на то, чтобы заставить учащихся запомнить определения — тепла, температуры, системы, трансформации, энтропии и т. Д. — при этом мало что можно показать с точки зрения понимания учащимися. Этот урок направлен на то, чтобы научить студентов принципам термохимии и электрохимии, предлагая им практический эксперимент, включающий оба принципа.

Энергия — это загадочное понятие, хотя ее различные формы можно точно определить и измерить.На самом простом уровне дети могут думать об энергии как о чем-то, что нужно, чтобы что-то работало, бежало или происходило.

Три идеи, связанные с энергией, могут быть важнее самой идеи энергии. Один из них — преобразование энергии. Все физические события включают в себя передачу энергии или преобразование одной формы энергии в другую — лучистую в электрическую, химическую в механическую и так далее. Вторая идея — это сохранение энергии. Всякий раз, когда энергия уменьшается в одном месте, она увеличивается в другом месте точно на такую же величину.Третья идея заключается в том, что всякий раз, когда происходит преобразование энергии, некоторая ее часть может переходить в тепло, которое распространяется вокруг и поэтому недоступно для использования.

Самая примитивная идея состоит в том, что энергия, необходимая для события, должна откуда-то поступать. Эта концепция должна вызывать у детей интерес к вопросу, откуда берется энергия, и (позже) к вопросу, куда она уходит. Откуда он исходит, обычно гораздо более очевидно, чем откуда он идет, потому что некоторые из них обычно рассеиваются в виде излучения и случайного молекулярного движения.Химические изменения могут поглощать или высвобождать энергию, когда они происходят, и обычно требуют подвода энергии.

Подробнее

Мотивация

Используя электронную таблицу для студентов «Ржавчина и коррозия», студенты должны прочитать «Как действует ржавчина?» на веб-сайте How Stuff Works.

Студенты должны записывать ответы на следующие вопросы, когда они исследуют веб-сайт. Когда они будут готовы, обсудите ответы со всем классом.

Что такое химическая реакция?
(Процесс, с помощью которого одно или несколько веществ могут быть преобразованы в одно или несколько новых веществ.)
Что такое анод, электролит и катод?
(Анод — это кусок металла, который легко отдает электроны; электролит — это жидкость, которая помогает электронам двигаться; катод — это кусок металла, который легко принимает электроны.)
Можете ли вы вспомнить что-нибудь из повседневного обихода, которое ржавеет и разъедает, если оставить его на улице под дождем?
(Примеры могут включать садовые инструменты, велосипеды, садовые стулья… все, что имеет незащищенное железо.)
Каково химическое название ржавчины?
(оксид железа).
Другие металлы ржавеют или окисляются иным образом?
(Да. Серебро тускнеет и теряет блеск, медь окисляется до зеленоватого цвета.)

Разработка

Сообщите учащимся, что они проведут эксперимент, чтобы определить, может ли ржавчина выделять тепло.

Вместе с классом ознакомьтесь с инструкциями на листе для учащихся по ржавчине и коррозии. Ответьте на любые вопросы студентов о мероприятии.Разделите класс на небольшие группы и раздайте материалы для задания.

Просмотрите вопросы и ответы в студенческом листе по ржавчине и коррозии. Предлагаемые ответы можно найти в листе учителя по ржавчине и коррозии.

Чтобы подвести итоги урока, обсудите с классом следующие вопросы:

Промышленная стальная мочалка обрабатывается маслом. Как вы думаете, почему это так?
(Чтобы не ржаветь.)
Перед тем, как отдать вам прокладки из стальной ваты, я заранее вымыла их с помощью моющего средства.Как вы думаете, что могло бы случиться, если бы я не мыл стальную мочалку в моющем средстве?
(Чтобы произошла химическая реакция ржавления, необходимо удалить масло. Если бы они не были промыты, колодки могли бы не заржаветь.)

Оценка

Используйте ответы учащихся в листе для учащихся, чтобы оценить понимание учащимися идей, сформулированных в тесте. Вы также можете задать эти вопросы для повторения урока:

Как называется химический процесс ржавления?
(Это окисление.)
С чем железо реагирует, образуя ржавчину?
(Он реагирует с кислородом и электролитом, который переносит электроны между железом и кислородом.)
Почему одни железные предметы ржавеют, а другие — нет?
(Чем больше железа присутствует в объекте, тем быстрее он ржавеет под воздействием кислорода. Некоторые «железные» предметы на самом деле представляют собой сплавы, смеси металлов, содержащие вещества, которые предотвращают или сильно замедляют ржавление. Например, когда железо легировано из других элементов, таких как углерод, из него получается сталь, которая является прочным металлом, который не ржавеет быстро; если железо легировано углеродом и хромом, получается более прочная форма стали, которая не подвержена коррозии.Примером этого является большинство кухонных принадлежностей.)
Можно ли превратить ржавчину обратно в железо?
(Да, вы можете вложить энергию для удаления кислородного компонента ржавчины. После удаления кислорода остается чистое железо. Это процесс превращения железной руды в железо.)
Почему нужно много времени, чтобы увидеть процесс ржавчины, когда некоторые типы металлических предметов находятся в воде на длительное время?
(Железные предметы, подвергшиеся воздействию воды и кислорода, быстро ржавеют.Однако железные предметы, сплавленные с другими металлами, не будут ржаветь так быстро, потому что железо не так легко окисляется.)
Почему в повседневной жизни ржавые предметы не нагреваются?
(Стальная вата имеет большую площадь поверхности, контактирующей с водой или уксусом, поэтому ржавление происходит очень быстро. Большинство ржавых предметов в повседневной жизни, таких как автомобили, лопаты и т. Д., Имеют меньшую площадь поверхности, которая ржавеет и, следовательно, не будет ржаветь почти так быстро и, следовательно, не будет выделять тепло, наблюдаемое в вашем эксперименте.Кроме того, сосуд изолирует стальную вату от внешних элементов, таких как воздух, что может быстрее охладить ее.)
Как ржавчина выделяет тепло?
(Изменения энергии, удерживаемой химическими связями при окислении железа, приводят к чистой потере энергии от реагентов, и эта чистая потеря уходит в окружающую среду, где она ощущается как тепло.)

Расширения

Эти ресурсы можно использовать для расширения или закрепления идей, изложенных в этом уроке:

Отправьте нам отзыв об этом уроке>

Железо (элемент) — факты, история, где оно найдено и как используется

Железо — от важнейшего строительного элемента из стали до питательных растений и помощи в переносе кислорода в кровь — оно всегда помогает поддерживать жизнь на Земле.

Железо — хрупкое твердое вещество, классифицируемое как металл группы 8 Периодической таблицы элементов. Самый распространенный из всех металлов, его чистая форма быстро корродирует от воздействия влажного воздуха и высоких температур. Железо также является четвертым по весу элементом земной коры, и большая часть ядра Земли, как полагают, состоит из железа. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, помимо того, что он обычно встречается на Земле, он изобилует солнцем и звездами. Согласно лаборатории Джефферсона, железо имеет решающее значение для выживания живых организмов.У растений он играет роль в производстве хлорофилла. У животных это компонент гемоглобина — белка крови, который переносит кислород из легких в ткани организма.

По данным Королевского химического общества, 90 процентов всего металла, который очищается в наши дни, составляет железо. Большая часть его используется для производства стали — сплава железа и углерода — которая, в свою очередь, используется в производстве и гражданском строительстве, например, для изготовления железобетона. Нержавеющая сталь, содержащая не менее 10.5 процентов хрома, обладает высокой устойчивостью к коррозии. Он используется в кухонных столовых приборах, бытовой технике и посуде, такой как сковороды и сковороды из нержавеющей стали. Добавление других элементов может придать стали другие полезные качества. Например, никель увеличивает его прочность и делает его более устойчивым к нагреванию и кислотам; По данным лаборатории Джефферсона, марганец делает его более долговечным, а вольфрам помогает сохранять твердость при высоких температурах.

Только факты

Атомный номер (количество протонов в ядре): 26
Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Fe
Атомный вес (средняя масса атома): 55.845
Плотность: 7,874 грамма на кубический сантиметр
Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
Точка плавления: 2800,4 градуса по Фаренгейту (1538 градусов Цельсия)
Точка кипения: 5181,8 F (2861 C)
Количество изотопов (атомов один и тот же элемент с другим числом нейтронов): (укажите, сколько стабильных изотопов): 33 Стабильные изотопы: 4
Наиболее распространенные изотопы: Железо-56 (естественное содержание: 91,754 процента)

(Изображение предоставлено Грегом Робсон / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

История и свойства железа

По данным Jefferson Lab, археологи подсчитали, что люди использовали железо более 5000 лет.Фактически, оказывается, что часть самого древнего железа, известного человеку, буквально упала с неба. В исследовании, опубликованном в 2013 году в Journal of Archeological Science, исследователи изучили древнеегипетские железные бусины, датируемые примерно 3200 годом до нашей эры. и обнаружил, что они были сделаны из железных метеоритов. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, Ветхий Завет в Библии также неоднократно упоминает железо.

Железо получают в основном из минералов гематита и магнетита. По данным лаборатории Джефферсона, в меньшей степени его также можно получить из минералов таконита, лимонита и сидерита.По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железо имеет четыре разные аллотропные формы, а это означает, что оно имеет четыре разные структурные формы, в которых атомы связываются по-разному. Эти формы называются ферритами, известными как альфа (магнитная), бета, гамма и омега.

Железо — важное питательное вещество в нашем рационе. Дефицит железа, наиболее распространенный дефицит питания, может вызвать анемию и усталость, которые влияют на способность выполнять физическую работу у взрослых. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, он также может ухудшить память и другие психические функции у подростков.CDC предупреждает, что женщины, у которых наблюдается дефицит железа во время беременности, подвергаются повышенному риску рождения маленьких и ранних детей.

Существует два типа диетического железа: гемовое и негемовое. Гемовое железо, которое является наиболее легко усваиваемым типом железа, содержится в мясе, рыбе и птице, тогда как негемовое железо, которое также усваивается, но в меньшей степени, чем гемовое железо, содержится в обеих растительных продуктах (например, шпинат, капуста и брокколи) и мясо, согласно данным Американского Красного Креста. Люди поглощают до 30 процентов гемового железа по сравнению с 2-10 процентами негемового железа, сообщает ARC, добавляя, что продукты, богатые витамином С, такие как помидоры или цитрусовые, могут помочь людям усваивать негемовое железо.

Кто знал?

Кровь имеет красный цвет из-за взаимодействия железа и кислорода, согласно данным Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Кровь выглядит красной из-за того, как химические связи между двумя элементами отражают свет.
По данным Денверского университета, чистое железо действительно мягкое и податливое.
В 2007 году исследователи обнаружили огромный шлейф богатой железом воды, исходящей из гидротермальных источников в южной части Атлантического океана.
Железо необходимо для роста фитопланктона — крошечных морских бактерий, которые используют углекислый газ из атмосферы в качестве топлива для фотосинтеза. Поэтому некоторые исследователи утверждали, что удобрение океанов дополнительным количеством железа может помочь поглотить избыток углекислого газа. Но исследование, опубликованное в Интернете в ноябре 2010 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что это может быть не такой уж и хорошей идеей, поскольку все это дополнительное железо могло фактически вызвать рост токсин-продуцирующих водорослей, которые способствуют загрязнению морской среды. дикая природа.
По данным Королевского химического общества, около 90 процентов всего металла, который сегодня очищается, составляет железо.
По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железо является важнейшим компонентом метеоритов, известных как сидериты.
По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железный столб, датируемый примерно 400 годом нашей эры, до сих пор стоит в Дели, Индия. Высота столба составляет около 23,75 футов (7,25 метра), а диаметр — 15,75 дюйма (40 сантиметров). Несмотря на воздействие погодных условий, столб не сильно корродировал благодаря уникальному составу металлов.
Примеры продуктов, богатых железом, включают мясо, такое как говядина, индейка, курица и свинина; морепродукты, такие как креветки, моллюски, устрицы и тунец; овощи, такие как шпинат, горох, брокколи, сладкий картофель и стручковая фасоль; хлеб и крупы, такие как хлопья с отрубями, цельнозерновой хлеб и обогащенный рис; другие продукты, такие как бобы, чечевица, томатная паста, тофу и патока, по данным американского Красного Креста.
По данным Nature, поверхность Марса имеет красный цвет из-за большого количества оксида железа (ржавчины) на ее поверхности.В коре Марса более чем в два раза больше оксида железа, чем на Земле.
Твердое внутреннее и жидкое внешнее ядро Земли в основном состоят из железа (примерно 85 процентов и 80 процентов по весу соответственно). По данным НАСА, электрический ток, генерируемый жидким железом, создает магнитное поле, защищающее Землю. Железо также содержится в ядрах всех планет Солнечной системы.
По данным JPL, железо — самый тяжелый элемент, образующийся в ядрах звезд.Элементы тяжелее железа могут быть созданы только при взрыве звезд большой массы (сверхновых).
Латинское название железа — ferrum, которое является источником его атомного символа Fe.
Слово «железо» происходит от англосаксонского слова iren. Слово «железо», возможно, произошло от более ранних слов, означающих «святой металл», потому что оно использовалось для изготовления мечей, используемых в крестовых походах, согласно WebElements.

Текущие исследования

Железо было предметом многочисленных медицинских исследований, некоторые из которых показывают, что высокие уровни железа в крови могут быть связаны с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний.«Есть некоторые исследования, предполагающие, что люди, у которых больше ферритина в системе крови и маркеры повышенного содержания железа в организме, могут быть более подвержены риску некоторых сердечно-сосудистых заболеваний», — сказала Джудит Вайли-Розетт, профессор кафедры эпидемиологии. здоровье населения и медицинский факультет Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна Университета Иешива в Нью-Йорке. «И вызывает ли это риск или это биомаркер чего-то еще, неясно», — сказала Уайли-Розетт Live Science.(Ферритин — это тип белка, который накапливает железо, а тест на ферритин измеряет количество железа в крови.)

В исследовании, проведенном с участием более 1900 финских мужчин в возрасте от 42 до 60 лет, опубликованном в 1992 году и опубликованном в журнале Circulation. , исследователи обнаружили связь между высоким уровнем железа и повышенным риском сердечного приступа. В более позднем исследовании, опубликованном в январе 2014 года в журнале Journal of Nutrition, исследователи обнаружили, что гемовое железо, обнаруженное в мясе, увеличивает риск ишемической болезни сердца на 57 процентов, но такой связи между негемовым железом и риск ишемической болезни сердца.

Интересно, что недавние исследования также связали накопление железа в головном мозге с болезнью Альцгеймера. В исследовании, опубликованном в августе 2013 года в Журнале болезни Альцгеймера, исследователи обнаружили, что количество железа в гиппокампе — области мозга, связанной с формированием воспоминаний — было увеличено и связано с повреждением тканей в области гиппокампа у людей. с болезнью Альцгеймера, но не у здоровых пожилых людей.

«Накопление железа в головном мозге может зависеть от изменения факторов окружающей среды, таких как количество потребляемого нами красного мяса и пищевых добавок с железом, а у женщин, перенесших гистерэктомию перед менопаузой», — автор исследования д-р.Джордж Барцокис, профессор психиатрии в Институте неврологии и поведения человека им. Семела при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, заявил в своем заявлении.

Дефицит железа также связан с депрессией, согласно исследованию 2017 года, опубликованному в Journal of Psychiatric Research группой австралийских исследователей, которые пытались найти связь между генетикой, уровнем железа и депрессией, особенно у подростков. Исследователи обнаружили, что, хотя существует связь между уровнем железа в кровотоке и степенью депрессии, нет никаких доказательств генетической связи между ними.Исследователи использовали данные, полученные из исследований близнецов, и рассмотрели множество факторов при сравнении близнецов-подростков со взрослыми близнецами. Связь между уровнем железа и депрессией, скорее всего, будет наблюдаться в периоды времени, когда организму требуется большее количество железа, например, во время всплесков роста.

В статье 2017 года, опубликованной в European Journal of Nutrition исследовательской группой из Ирана, описывается исследование, в котором препараты железа давались новым, не страдающим анемией матерям с послеродовой депрессией (PPD).Группа из 70 женщин начала двойное слепое исследование через неделю после родов, и через шесть недель сравнили симптомы PPD. Группа, принимавшая добавку железа, испытала значительно большее улучшение симптомов PPD, чем группа, принимавшая плацебо.

Дополнительный отчет Рэйчел Росс, участника Live Science

Время поворота вспять: наблюдая, как ржавчина превращается в железо

a) Раскрашенные SEM-изображения нанолезвий оксида железа, использованных в эксперименте.б) Раскрашенный поперечный разрез СЭМ-изображения нанолопастей. c) Раскрашенное СЭМ-изображение нанолопастей после 1 часа реакции восстановления при 500 ° C в молекулярном водороде, демонстрирующее пилообразную форму по краям (квадрат). г) Раскрашенное изображение SEM, показывающее образование дырок после 2 часов восстановления. Масштабная линейка составляет 1 микрометр.

Кредит: В. Чжу и др. / ACS Nano и К. Ирвин / NIST

Используя современную технику микроскопии, экспериментаторы из Национального института стандартов и технологий (NIST) и их коллеги стали свидетелями медленного превращения ржавчины — оксида железа — в чистое металлическое железо в атомном масштабе , на всех его химических этапах.

Среди самых распространенных минералов на Земле оксиды железа играют ведущую роль в хранении магнитных данных, косметике, пигментации красок и доставке лекарств. Эти материалы также служат катализаторами нескольких типов химических реакций, включая производство аммиака для удобрений.

Чтобы точно настроить свойства этих минералов для каждого приложения, ученые работают с частицами оксидов нанометрового размера. Но для этого исследователям необходимо детальное понимание восстановления на атомном уровне, ключевой химической реакции, в которой протекают оксиды железа.Этого знания, однако, часто не хватает, потому что сокращение — процесс, который по сути противоположен ржавлению — происходит слишком быстро, чтобы многие типы датчиков могли исследовать на таком тонком уровне.

В новой попытке изучить микроскопические детали восстановления оксида металла исследователи использовали специально адаптированный просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) на установке NanoLab NIST, чтобы задокументировать пошаговое преобразование нанокристаллов гематита оксида железа (Fe _2). O ₃) до магнетита оксида железа (Fe ₃ O ₄) и, наконец, до металлического железа.

«Несмотря на то, что люди изучали оксид железа в течение многих лет, динамических исследований в атомном масштабе не проводилось», — сказала Вэньхуэй Чжу из Государственного университета Нью-Йорка в Бингемтоне, которая работала над докторской степенью в NanoLab в 2015 и 2016 годах. «Мы видим, что на самом деле происходит в течение всего процесса сокращения, вместо того, чтобы изучать только начальные шаги».

Это очень важно, добавил Рену Шарма из NIST, «если вы хотите контролировать состав или свойства оксидов железа и понимать взаимосвязь между ними.”

Путем понижения температуры реакции и уменьшения давления газообразного водорода, который действовал как восстанавливающий агент, ученые замедлили процесс восстановления, чтобы его можно было уловить с помощью ПЭМ окружающей среды — специально сконфигурированного ПЭМ, который может изучать как твердые вещества и газ. Этот прибор позволяет исследователям получать изображения образца с атомным разрешением в реальных условиях — в данном случае в газовой среде, необходимой для восстановления оксидов железа, — а не в вакууме, необходимом в обычных ПЭМ.

«Это самый мощный инструмент, который я использовал в своих исследованиях, и один из очень немногих в Соединенных Штатах», — сказал Чжу. Она, Шарма и их коллеги описывают свои открытия в недавнем выпуске ACS Nano .

Команда исследовала процесс восстановления в бикристалле оксида железа, состоящем из двух идентичных кристаллов оксида железа, повернутых на 21,8 градуса друг относительно друга. Бикристаллическая структура также служила для замедления процесса восстановления, облегчая отслеживание с помощью ПЭМ окружающей среды.

Изучая реакцию восстановления, исследователи определили ранее неизвестное промежуточное состояние при превращении магнетита в гематит. На средней стадии оксид железа сохранил свою первоначальную химическую структуру, Fe ₂ O ₃, но изменил кристаллографическое расположение его атомов с ромбоэдрического (вытянутый по диагонали куб) на кубическое.

Это промежуточное состояние характеризовалось дефектом, при котором атомы кислорода не могли заселить некоторые участки кристалла, как это было бы обычно.Этот так называемый дефект кислородной вакансии не редкость и, как известно, сильно влияет на электрические и каталитические свойства оксидов. Но исследователи были удивлены, обнаружив, что дефекты возникли в упорядоченном узоре, который никогда раньше не обнаруживался при восстановлении Fe ₂ O ₃ до Fe ₃ O ₄, сказал Шарма.

Значение промежуточного состояния все еще изучается, но оно может быть важным для контроля скорости восстановления и других свойств процесса восстановления, добавляет она.«Чем больше мы понимаем, тем лучше мы можем управлять микроструктурой этих оксидов», — сказал Чжу. Манипулируя микроструктурой, исследователи могут повысить каталитическую активность оксидов железа.

Исследователи NIST работают над этим документом в Центре наномасштабной науки и технологий, где проводился эксперимент.

Бумага: W. Zhu, J.P. Winterstein, W.D. Yang, L. Yuan, R. Sharma и G. Zhou. In situ Исследование динамики восстановления двумерных Fe в атомном масштабе ₂ O ₃ Наноструктуры. САУ Нано . DOI: 10.1021 / acsnano.6b06950