Положение металла в периодической системе и его коррозионные свойства

 

Химические и физические свойства каждого элемента можно охарактеризовать, зная, что место, которое занимает данный элемент в периодической системе, можно заранее сказать, какими химическими,а следовательно и коррозионными свойствами обладает элемент.

Так, в первой группе А расположены металлы, обладающие наименьшей коррозионной стойкостью – литий, натрий, калий, рубидий, цезий. Они мгновенно разрушаются на воздухе. В первой группе В находятся весьма стойкие в коррозионном разрушении металлы: медь, серебро, золото, причем коррозионная стойкость их повышается сверху вниз.

Металлы второй группы А и В также различаются по своей коррозионной стойкости. Бериллий, магний, кальций, стронций, барий – также как и шелочные малоустойчивы. Устойчивость их несколько понижается сверху вниз.

Цинк, кадмий более коррозионностойкие металлы. На их поверхности в присутствии кислорода образуется прочная пленка оксидов, предохраняющая от дальнейшего разрушения.

В третьей группе из технически важных металлов находится алюминий. На его поверхности в атмосферных условиях образуется тонкая пленка стекловидная, обладающая высокими защитными свойствами. Эта пленка разрушается в кислотах (например НCl) и щелочах, поэтому в кислых и щелочных растворах алюминий разрушается.

Из элементов четвертой группы наибольший интерес представляет олово, свинец, титан – стойкость этих металлов объясняется тем, что на их поверхности образуются прочные защитные пленки.

Металлы, расположенные в четных ряда больших периодов в 5,6,8 группах, обладают высокой способностью к пассивации, а значит большой коррозионной устойчивостью. К ним относятся ванадий, хром, молибден, рутений, палладий, вольфрам, осмий, иридий, и платина.

Коррозионная стойкость металлов связана с электропроводностью оксидных пленок, образующихся на поверхности металла. Чем больше пленка оказывает сопротивление протеканию электрического тока, тем тем меньшим коррозионным сопротивлением она обладает.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Как изменяется восстановительная активность металлов по периодам и группам? Обосновать.

 

2. Как ведут себя на воздухе (кислород) следующие металлы: Ba, Ca, Pb, Cu? Составить уравнение реакций. Сделать заключение.

 

3. Какой из трех металлов Al, Li, Ca не разрушается в воде? Ответ обоснуйте, составить уравнения реакций.

 

4. Закончите следующие уравнения реакций:

Fe + H₃PO₄ →?

Al + HCl →?

Pb + H₂SO₄ →?

    ^разбав

Ag + HCl →?

 

Обоснуйте.

5. Запишите и разберите окислительно – восстановительные реакции     

взаимодействия марганца и меди с концентрированной серной 

кислотой. До каких продуктов эти металлы восстанавливают        ?

 

6. Закончите следующие окислительно – восстановительные реакции и   

разберите их:

                   _холод

Fe + HNO₃ →?

Ni + HNO₃ →?

         ^(конц)

Zn + HNO₃ →?

          ^{(разбав)}

Сделайте заключение об окислительной активности азотной кислоты.

7. Какой из перечисленных металлов: медь, железо, кадмий, бериллий     

разрушается в растворе NaOH? Разберите механизм растворения 

металла в щелочи.

 

 

 

Экспериментальная часть

 

 

Опыт 1. Коррозионное поведение металлов в воде

 

1.1. Взаимодействие кальция и магния с водой

                    Поместите в пробирку небольшой кусочек металлического кальция и прилейте воды. Наблюдайте быстрое протекание реакции. Добавьте в пробирку 1 – 2 капли фенолфталеина. Что наблюдаете? Составьте уравнение реакции.

                    Проделайте такой же опыт с куском магния. Что наблюдается? Можно ли сделать вывод, что магний устойчив по отношению к воде? Нагрейте пробирку с водой и магнием до кипения.

                    Появляется ли теперь окрашивание раствора от фенолфталеина?

                    Обоснуйте. Составьте уравнение реакций.

1.2 Поведение в воде алюминия и титана

                    В две пробирки поместите по небольшому куску: а) алюминия; б) титана, прилейте воды и нагрейте металлы с водой до кипения. Добавьте в каждую пробирку по 1 – 2 капли фенолфталеина. Окрасился ли раствор? Обоснуйте.

                    Сделайте заключение о коррозионной стойкости алюминия и тиатна.

 

Опыт 2. Значение защитных пленок

 

Поместите в две пробирки по небольшому кусочку алюминия и

добавьте в первую 30% раствор щелочи (NaOH или KOH); во

вторую 10% раствор соляной кислоты. Пробирки с растворами

можно слегка подогреть. Что наблюдаете? Составьте уравнение

реакций. Объясните механизм растворения алюминия в щелочи.

Какие среды представляют опасность для алюминия и его сплавов

Почему?

Аналогичный опыт проделайте с титаном. Разрушается ли

защитная пленка ГiO₂ в кислой и щелочной средах? Сделайте

заключение о коррозионной стойкости титана.

 

 

Опыт 3. Поведение металлов в растворах HCl H₃PO₄ H₂SO₄ (разбавл.)

 

В четыре пробирки поместите по небольшому кусочку: а) цинк; б) железа; в) свинца; г) меди.

В пробирку с цинком налейте 2н раствор HCl; в пробирку с железом H₃PO₄;

в пробирку со свинцом – 2н раствор H₂SO₄ в пробирку с медью – 2н H₂SO₄. Слегка подогрейте пробирки. Что наблюдаете? Какой металл разрушается? Почему? Составьте уравнение реакций. Обьясните устойчивость свинца в растворе H₂SO₄ и железа в растворе H₃PO₄.

Какие пленки образуются на поверхности этих металлов в вышеуказанных средах? Представляют ли опасность HCl, H₃PO₄ H₂SO₄ (разбавл.) для меди? Почему?

 

 

Опыт 4. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты

(опыт проводить в вытяжном шкафу)

В три пробирки поместите металлы а) цинк б) железо в) медь. В каждую пробирку прилейте осторожно небольшое количество серной кислоты. Пробирки с цинком и медью слегка подогрейте. Что наблюдаете? Составьте уранения окислительно – восстановительных реакций. До каких продуктов восстанавливает серную кислоту цинк и медь? Концентрированную серную кислоту перевозят в железной таре. Почему металл не разрушается? Запишите процесс пассирования железа в H₂SO₄.

 

Опыт 5        Окислительные свойства азотной кислоты

(опыт проводить в вытяжном шкафу)

В две пробирки поместите по небольшому кусочку алюминия и меди. В каждую пробирку прилейте 2 – 3 мл разбавленной азотной кислоты. Что происходит? Запишите уравнения окислительно – восстановительных реакций. До каких продуктов восстанавливается HNO₃ алюминием и медью? Какой металл является наиболее сильным восстановителем?

 

Литература

1. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия. 1980. – 694 с.

2. Левант Г.Е., Райцын Г.А. Практикум по общей химии. – М.: Высшая школа, 1971. – 334 с.

3. Программа методические указания и контрольные задания для студентов – заочников. – М.: Высшая школа, 1980 – 81. – 95 с.