Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №24/2003

Я иду на урок

ЗА ИЛИ ПРОТИВ КОРРОЗИИ?

Урок-процесс

Цели. Рассмотреть сущность процессов коррозии, чтобы уметь объяснять эти процессы; развивать умения сравнивать и обобщать, отстаивать и обосновывать свою позицию; формировать навыки устной речи, научное мировоззрение и представления о единстве мира.
Оборудование. Плакат «Коррозия металлов»; заранее поставленный опыт по коррозии железа в разных условиях; на столах учащихся – алюминий, раствор соляной кислоты, раствор сульфата меди(II).
На доске записана схема:

ХОД УРОКА

Учитель. Сегодня мы должны будем разобраться в таком явлении, как коррозия. Какое это явление? Вредно ли оно, или от него есть польза? Разделите лист на две графы: «за» и «против» коррозии. Вам надо будет записать все доводы за и против коррозии. Это поможет вам определиться в своем мнении при ответе на поставленный вопрос.
В нашем процессе участвуют обвинитель и защитник, каждая сторона пригласила своих свидетелей.
Обвинитель. Я считаю, что коррозия – явление лишнее и ее надо искоренять из нашей жизни. Она приносит страдания и большой экономический ущерб. Ежегодная потеря металла в мире составляет 10% от всей мировой добычи, а в некоторых странах – до 20–25%. Приведу такой пример: водопроводные трубы рассчитаны на 25-летнее использование, но в результате коррозии они чаще всего служат 6–8 лет. Морские суда ремонтируют каждые полгода-год тоже из-за коррозии.
Я приглашаю свидетеля и прошу его выслушать.
1-й свидетель. Я работаю в службе спасения. Вот какой случай произошел не так давно. Мальчик с отцом вышли на прогулку. Мальчик увидел, что сквозь трещины асфальта выходит пар, и подошел посмотреть. Тут асфальт провалился, и мальчик оказался в горячей воде. Отец бросился спасать сына. К счастью, мальчика и его отца удалось спасти. А почему все это произошло? Потому что трубы проржавели. И виновата в этом коррозия.
Защитник. Я не согласен с обвинением. Работники коммунального хозяйства вовремя не выполнили ремонт, не устранили неполадки, что и привело к несчастному случаю. Так что здесь не коррозия виновата, а работники ЖЭКа.
Многие металлы и сплавы подвергаются коррозии, но не все, например благородные металлы (Au, Pt, Pd) не разрушаются под действием окружающей среды. Значит ли это, что они вообще не окисляются? Нет, не значит. Например, золото можно растворить в «царской водке»:

Au + 4HCl + HNO3 = H[AuCl4] + NO + 2H2O.

Так природа предусмотрела, что металлы, которых больше всего на Земле, окисляются самопроизвольно под действием окружающей среды, т. е. в природе они содержатся в связанном виде. Человек специально восстанавливает их для своих нужд. А уж если он получает их, то и сохранять должен. Послушаем свидетеля.
2-й свидетель. В столице Индии, Дели, стоит уже 1500 лет железная колонна и не ржавеет. Она состоит из метеоритного железа. Почему на нее не действует коррозия? Потому, что условия таковы. Дели – не Чикаго и не Старый Оскол, воздух там не загрязнен выбросами промышленных предприятий. Кроме того, на столб постоянно залезают йоги, а тела их смазаны специальными маслами. Получается, что эти масла смазывают колонну и тем самым предотвращают действие кислорода на металл. Не такое уж это плохое явление – коррозия, если знать, как ее не допустить.
3-й свидетель. Я могу привести примеры, доказывающие, что коррозия – полезное явление, благодаря ей мы имеем оксиды и гидроксиды (демонстрирует различные оксиды и гидроксиды: СaO, MgO, Ca(OH)2, Al2O3, Al(OH)3 и др.).
Защитник. На основе электрокоррозии действуют различные гальванические элементы (аккумуляторы, батарейки). Коррозия заставляет искать различные способы защиты от нее, и в результате мы имеем красивые изделия: позолоченные, посеребренные, хромированные, никелированные.
Обвинитель. Вы привели убедительные примеры, но и у меня имеются не менее убедительные.
4-й свидетель (демонстрирует заранее поставленный опыт). Железный гвоздь обмотали медной проволокой и опустили в раствор NaCl. Для сравнения в других стаканах такие же гвозди в воде и в растворе NaОН.
Первый гвоздь сильно заржавел.

Fe – анод: Fe0 – 2e = Fe2+,

Cu – катод: 2H2O + O2 + 4e = 4OH.

Это пример электрохимической коррозии. Скорость ее очень велика. Более активный металл окисляется и передает электроны менее активному металлу, на котором происходят процессы восстановления. Так разрушаются крыши зданий, железнодорожные пути, железные опоры.
Обвинитель. Как видите, доводы более чем убедительные. Сможет ли кто-нибудь утверждать, что коррозия – явление полезное?
Защитник. Не будем спешить с выводами и винить во всем коррозию. Выясним, какие условия способствуют коррозии.
5-й свидетель (демонстрирует опыт). Железный гвоздь обмотали алюминиевой проволокой и опустили в раствор NaCl. Гвоздь не заржавел!
Здесь более активный металл Al окисляется:

Al – анод: Al0 – 3e = Al3+,

и передает электроны на катод – Fe, где восстанавливается кислород:

2H2O + O2 + 4e = 4OH.

Защитник. Железо не ржавеет, если оно в гальванической паре является катодом, т. е. соединено с более активным металлом. В соединении с медью железо является анодом и окисляется, т. к. оно активнее меди. Коррозия сама по себе не возникает, ей способствуют определенные условия. Присутствие малоактивных металлов усиливает коррозию. Защищает от коррозии более активный металл – протектор (от лат. protekt – защита). Протекторы защищают от разрушения корпуса судов, стальные рельсы. Значит, не коррозия виновна. Обвинять следует кислород и воду, а также ионы солей в растворах. Коррозия вообще может не идти, если ее не подталкивать.
Обвинитель. Только воду не нужно обвинять. Вот посмотрите опыт (железо сжигается в кислороде):

3Fe + 2O2 = Fe3O4.

Железо разрушилось, получилась железная окалина. Вот она – химическая коррозия! Металл разрушается безо всякой воды, только под действием агрессивных газов. Это пример газовой коррозии.
Защитник. Согласен с вами, химическая коррозия, в данном случае газовая, идет без участия воды. Коррозия, протекающая под действием кислорода воздуха и паров воды атмосферы, является атмосферной коррозией. Но любую коррозию можно не допустить. А для этого надо знать, что делать, чтобы металлические вещи сохраняли свой первозданный вид долгие годы. Для этого их никелируют, хромируют, смазывают и заворачивают в промасленную бумагу, а посуду, раковины, ванны и прочие предметы покрывают эмалью. Коррозия вообще может не протекать даже под действием сильных кислот. Послушаем еще одного свидетеля.
6-й свидетель. Это произошло во время Великой Отечественной войны в 1942 г. в тупике станции Москва-Сортировочная. Там была поставлена стальная цистерна, наполненная соляной кислотой. Каждый день ученые брали пробы на наличие ионов железа(II). За четыре месяца их не удалось обнаружить, т. к. в раствор соляной кислоты были добавлены вещества растительного происхождения, которые устранили процесс коррозии. Эти вещества назвали ингибиторами. Благодаря этому открытию большое количество ржавого оружия было возвращено в строй, т. к. соляная кислота растворяла ржавчину, но не вступала в реакцию с железом.
Учитель. Прошу вас выполнить опыт и сказать, почему скорость реакции во втором случае больше, чем в первом.

Опыт

В первую пробирку поместите два кусочка алюминия и раствор соляной кислоты, во вторую – два кусочка алюминия, раствор HCl и несколько капель сульфата меди(II). Напишите уравнения реакций.

Ученик (объясняет). Во втором случае образуется гальваническая пара Al–Cu. Алюминий служит анодом и растворяется:

Al0 – 3e = Al3+.

Его электроны переходят к Сu, где идет восстановление ионов водорода:

2H+ + 2e = H2.

Учитель. Так какое это явление – коррозия – хорошее или плохое?
Обвинитель. Коррозия – злейший враг металлов и сплавов, а значит – человеку враг. С ней следует бороться всеми возможными способами защиты металлов и сплавов.
Защитник. Коррозия – совсем не страшное природное явление. Природа вечна, и у нее свои законы. Человек, живущий на земле, изучает их. Он уже многое узнал и научился использовать законы природы в своих целях. И только тем, кто не знает законов природы, а именно законов химии, коррозия приносит беды.
Учитель. Ответьте на следующие вопросы.

1. С кем вы согласны? Почему?
2. Как вы составили схему о видах коррозии (см. начало урока и запись на доске)?
3. Если надо скрепить железные детали заклепками, то какой металл следует для этого использовать?
4. Какой должна быть окружающая среда, чтобы металлические изделия служили как можно дольше?

Зная законы химии, сущность коррозии, можно надежно защитить металлы от разрушения. Коррозия – это природное явление, а природу надо знать, понимать, охранять и использовать ее законы в своих целях.

Т.В.ИМЕДЕЕВА,
учитель химии
(г. Тында, Амурская обл.)