Номер 6, страница 268 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

6. Охарактеризуйте важнейшие способы защиты металлов от коррозии.

Решение

Коррозия — это процесс разрушения металлов и сплавов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Для борьбы с этим явлением применяются различные методы защиты, которые можно разделить на несколько основных групп.

1. Нанесение защитных покрытий

Этот метод заключается в изоляции поверхности металла от агрессивной среды с помощью специального слоя. Покрытия бывают металлическими и неметаллическими.

а) Металлические покрытия. На поверхность защищаемого изделия наносят слой другого металла. Они делятся на анодные и катодные.

• Анодные покрытия создаются из металла, более активного по сравнению с защищаемым (имеющего более отрицательный электродный потенциал). Например, оцинковка железа. В случае повреждения покрытия образуется гальванический элемент, в котором покрытие (цинк) является анодом и разрушается, а основной металл (железо) — катодом и не корродирует. Процесс на аноде: $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$.
• Катодные покрытия создаются из металла, менее активного, чем защищаемый (например, лужение — покрытие железа оловом). Такое покрытие защищает металл только механически, пока оно не повреждено. При появлении царапины образуется гальванический элемент, в котором защищаемый металл (железо) становится анодом и корродирует даже быстрее, чем без покрытия. Процесс на аноде: $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$.

б) Неметаллические покрытия. Создают на поверхности металла барьер, непроницаемый для влаги и кислорода.

• Лакокрасочные материалы (краски, лаки, эмали) — наиболее распространенный способ защиты.
• Полимерные покрытия (пластмассы, каучуки) обеспечивают надежную и долговечную защиту.
• Оксидные и фосфатные плёнки (оксидирование, воронение, фосфатирование) — создание на поверхности металла тонкого, но прочного слоя его химических соединений, который пассивирует поверхность и препятствует коррозии.

Ответ: Метод заключается в создании на поверхности металла защитного слоя (металлического или неметаллического), который изолирует его от агрессивной среды или обеспечивает электрохимическую защиту.

2. Электрохимические методы защиты

Эти методы основаны на изменении электродного потенциала защищаемого металла, что делает его коррозию невозможной или значительно замедляет её.

• Катодная защита. Защищаемый объект делают катодом в образовавшейся гальванической паре. Этого можно достичь двумя способами:
  • Протекторная защита: к защищаемой конструкции (например, корпусу корабля, трубопроводу) присоединяют протектор — электрод из более активного металла (например, цинка, алюминия, магния). Протектор выступает в роли анода и разрушается, защищая основную конструкцию.
  • Защита внешним током: защищаемую конструкцию подключают к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, а к положительному — вспомогательный электрод (анод). Таким образом, защищаемый металл принудительно становится катодом, и его окисление прекращается.
• Анодная защита. Метод применим к металлам, склонным к пассивации (нержавеющая сталь, титан, алюминий). Защищаемый объект подключают к положительному полюсу источника тока, что приводит к смещению его потенциала в положительную сторону и образованию на его поверхности прочной защитной оксидной плёнки.

Ответ: Метод основан на превращении защищаемого металлического изделия в катод (катодная защита) или на его принудительной пассивации (анодная защита) путем приложения внешнего тока или создания гальванической пары с более активным металлом.

3. Изменение свойств коррозионной среды

Суть метода заключается в снижении агрессивности среды, контактирующей с металлом.

• Удаление агрессивных компонентов. Из среды удаляют вещества, вызывающие коррозию. Например, удаление кислорода из воды (деаэрация) для защиты котлов и теплосетей, осушение воздуха.
• Введение ингибиторов коррозии. В агрессивную среду добавляют специальные вещества (ингибиторы), которые даже в малых концентрациях резко замедляют или полностью прекращают процесс коррозии. Они могут образовывать на поверхности металла защитные плёнки или замедлять электродные реакции.

Ответ: Снижение коррозионной активности среды путем удаления из неё агрессивных компонентов (например, кислорода) или введения специальных веществ — ингибиторов, замедляющих коррозию.

4. Создание коррозионно-стойких сплавов (легирование)

Этот метод предполагает изменение химического состава самого металла путем введения в него легирующих добавок, которые повышают его сопротивляемость коррозии. Самый известный пример — нержавеющая сталь. При добавлении к железу хрома ($>13\%$) на поверхности сплава образуется тонкая, плотная и самовосстанавливающаяся пассивная плёнка оксида хрома ($Cr_2O_3$), которая надежно защищает металл от воздействия агрессивной среды.

Ответ: Метод заключается в создании сплавов, устойчивых к коррозии, путем введения в их состав специальных легирующих элементов (например, хрома, никеля).

5. Рациональное конструирование

Правильное проектирование изделий и сооружений позволяет избежать условий, способствующих развитию коррозии.

• Исключение щелей, зазоров, карманов и других мест, где может скапливаться влага и грязь.
• Обеспечение хорошего дренажа и вентиляции.
• Предотвращение контакта разнородных металлов, чтобы избежать образования гальванических пар.
• Придание изделиям гладкой формы для облегчения стекания влаги.

Ответ: Проектирование конструкций таким образом, чтобы минимизировать возможность контакта металла с агрессивной средой и предотвратить образование коррозионных элементов.