Какие металлы не окисляются в продуктах
Ржа́вчина — итог окисления металла, также общий термин для определения оксидов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным оксидам, образующимся в ходе реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в ходе реакции железа с хлором при отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, на арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называется зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы зрительно или с помощью спектроскопии, они образуются при разных внешних условиях.[1] Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe2O3·nH2O и метагидроксида железа (FeO(OH), Fe(OH)3). При наличии кислорода, воды и достаточного времени любая масса железа в конечном итоге полностью преобразуется в ржавчину и разрушается. Ржавая поверхность не создаёт защиты для нижележащего железа, в отличие от патины, образующейся на медной поверхности.
Ржавчиной, как правило, называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь, хотя многие другие металлы тоже подвергаются коррозии.
Химические реакции[править | править код]
Толстый слой ржавчины на звеньях цепи возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско. Цепь постоянно подвергается воздействию сырости и солёных брызг, вызывающих разрушение поверхности, растрескивание и шелушение металла.
Причины ржавления[править | править код]
Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, углерод), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух реагентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.[2]
Происходящие реакции[править | править код]
Покрытый ржавчиной и грязью болт. Заметна точечная коррозия и постепенная деформация поверхности, вызванная сильным окислением.
Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду.[3] Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода:
O2 + 4 e− + 2 H2O → 4 OH−
Поскольку при этом образуются гидроксид-анионы, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:
Fe → Fe2+ + 2 e−
Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:
4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−
Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:
Fe2+ + 2 H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+
что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:
Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O
Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O
Из приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо(II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe3O4). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)3-xOx/2. Характер коррозии меняется со временем, отражая медленные скорости реакций твёрдых тел.
Кроме того, эти сложные процессы зависят от присутствия других ионов, таких как Ca2+, которые служат в качестве электролита, и таким образом, ускоряют образование ржавчины, или в сочетании с гидроксидами и оксидами железа образуют различные осадки вида Ca-Fe-O-OH.
Более того, цвет ржавчины можно использовать для проверки наличия ионов Fe2+, которые меняют цвет ржавчины с жёлтого на синий.
Предотвращение ржавления[править | править код]
Отслаивающаяся краска обнажает участки ржавой поверхности листового металла.
Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали образуется пассивирующий слой оксида хрома(III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.
Гальванизация[править | править код]
Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.
Катодная защита[править | править код]
Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.
Лакокрасочные и другие защитные покрытия[править | править код]
От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким рН. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё является проблемой.
Покрытие слоем металла[править | править код]
Ржавчина может полностью разрушить железо. Обратите внимание на гальванизацию незаржавевших участков.
- Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего цинкования или метод цинкового дутья.
- Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова. В настоящее время практически не используется из-за высокой стоимости олова.
- Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий, полированный внешний вид. Часто используется в блестящих компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.
Воронение[править | править код]
Воронение — это способ, который может обеспечить ограниченную устойчивость к коррозии для мелких предметов из стали, таких как огнестрельное оружие и др. Способ состоит в получении на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. Для придания блеска, а также для улучшения защитных свойств окисной плёнки, её пропитывают минеральным или растительным маслом.
Снижение влажности[править | править код]
Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающего железо воздуха. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.
Ингибиторы[править | править код]
Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах. Некоторые ингибиторы коррозии чрезвычайно ядовиты. Одним из лучших ингибиторов выступают соли технециевой кислоты.
Экономический эффект[править | править код]
Ржавчина вызывает деградацию изделий и конструкций, изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстрому разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему участках — явление, называемое поеданием ржавчиной. Это явление стало причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных плит и сдвинул её с опор. Ржавчина была также главной причиной разрушения Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году, когда стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. Погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.
Мост Кинзу после разрушения.
Мост Кинзу в штате Пенсильвания был снесён смерчем в 2003 году в значительной степени потому, что центральные опорные болты, соединяющие сооружение с землёй, проржавели, из-за чего мост держался лишь под действием силы тяжести.
Кроме того, коррозия покрытых бетоном стали и железа может вызвать раскалывание бетона, что создает серьёзные конструкторские трудности. Это один из наиболее распространённых отказов железобетонных мостов.
См. также[править | править код]
- Коррозия
- Нержавеющая сталь
- Сталь кортеновская
Примечания[править | править код]
- ↑ Interview, David Des Marais (недоступная ссылка). Архивировано 13 ноября 2007 года.
- ↑ Holleman, A. F.; Wiberg, E. «Inorganic Chemistry» Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
- ↑ Hubert Gräfen, Elmar-Manfred Horn, Hartmut Schlecker, Helmut Schindler «Corrosion» Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim, 2002. DOI: 10.1002/14356007.b01_08
Ссылки[править | править код]
- Corrosion Cost Сайт, посвященный изучению экономических последствий коррозии
- corrosion case studies Анализ коррозии
- Corrosion Doctors Статьи по коррозии
- Metal Corrosion Rust Что такое ржавчина
Знаете ли вы, что аллергия, нарушения сна и частые простудные заболевания могут говорить о том, что в вашем организме накопилось слишком много тяжелых металлов? Причем для того, чтобы заиметь подобные проблемы, даже не обязательно жить в экологически неблагополучном регионе — достаточно просто есть определенные продукты питания и пить воду из-под крана. Рассказываем, какие вредные вещества содержатся в рыбе, фруктах, овощах и питьевой воде, и как это отражается на нашем здоровье.
- Чем опасны
- В каких продуктах содержатся
- Как спастись
Чем опасны
Фото: joannaisabellaabril/pixabay.com
К тяжелым металлам относятся свинец, кадмий, ртуть и никель, и все они считаются токсичными. Они попадают в организм человека с продуктами, водой, загрязненном воздухе и даже через никелированную посуду.
По данным Автономной некоммерческой организации «Центр биотической медицины», чаще всего россияне сталкиваются со свинцом, который может накапливаться в организме. В основном, он попадает туда с воздухом, смешанным с выхлопными газами автомобилей, а также с парами промышленных и бытовых отходов. При избытке свинца у человека возникают сердечно-сосудистые заболевания, а также болезни нервной системы и почек.
Что касается кадмия, он проникает в организм при вдыхании табачного дыма. Кроме того, в некоторых регионах России отмечается индустриальное загрязнение кадмием, связанное с деятельностью металлургических заводов и хранением бытовых и промышленных отходов. Если кадмий накопится в крови и внутренних органах, это может привести к поражению печени, анемии, остеопорозу и гипертонии.
Ртуть попадает в организм с продуктами питания, питьевой водой, а также через зубные пломбы (некоторые из них состоят из ртути на 50%!). При отравлении этим веществом у человека появляются нарушения настроения и сна, астенический синдром и даже тремор кистей рук.
Никель может просочиться в кровь вместе с пищей или через кожу и слизистые — например, если вы имеете привычку есть из никелированной посуды. А еще определенные дозы никеля содержатся в зубных коронках. Кстати, по данным ВОЗ, никель является одним из самых опасных веществ, загрязняющих окружающую среду. Наибольшую опасность никель представляет для детей, особенно в сочетании с избытком кадмия. Эта «гремучая смесь» провоцирует сильнейшую аллергию и снижает иммунитет.
К слову, хроническая интоксикация, вызванная любым из вышеперечисленных веществ, может вызвать более серьезные проблемы со здоровьем, в том числе онкологические заболевания.
В каких продуктах содержатся
Фото: Надежда Кей
Кадмий и ртуть нередко встречаются в рыбе и морепродуктах. Так, первый чаще встречается в мидиях и устрицах, а вторая — в крупных хищных рыбах, к которым относятся акула, тунец, белуга, щука и рыба-меч. Дело в том, что эти виды живут дольше других, и, соответственно, успевают накопить больше метилртути. К тому же они питаются мелкой рыбой, которая тоже содержит ртуть. Именно поэтому медики советуют отказаться от такой рыбы, а потребление остальной свести к одному-двум приемам пищи в неделю.
Но еще чаще избыток кадмия встречается в овощах, бахчевых культурах, картофеле и зелени. Больше всего его в фасоли, кинзе, укропе, петрушке и сельдерее. Кроме того, кадмий и свинец чаще всего накапливаются в яблоках. А иногда кадмий встречается в совсем неожиданных местах — например, в приправах.
Питьевая вода достаточно часто содержит ртуть — даже та, что продается в бутылках и якобы подходит для детского питания. Так, в 2016 году эксперты Росконтроля обнаружили превышение содержания ртути в воде торговых марок «ФрутоНяня», «Винни» и «Нутрилак». Однако последнее исследование Роскачества реабилитировало первый образец.
Как спастись
Спастись от интоксикации, вызванной накоплением в организме тяжелых металлов, можно только одним способом — регулярно проходить медицинские обследования и посещать врача. Особенно если вы живете в промышленном городе. В случае, если избыток вредных веществ обнаружат вовремя, врач назначит корректирующую терапию, которая поможет сохранить ваше здоровье.
Ранее сообщалось, что содержание ртути в грибах из нижегородских лесов превышает норму в 2,5 раза.
По материалам roscontrol.com.
Елена Целуйкина (Кудрович) · 30 ноября 2018
4,9 K
Engineer — programmer ⚡⚡ Разбираюсь в компьютерах, технике, электронике, интернете и… · zen.yandex.ru/gruber
В природе существует всего три металла, которые не подвержены окислению — золото, платина, серебро. Окисление нержавеющей стали возможно, существует даже около 10 видов окисления: коррозия, щелевое окисление, гальваническое, точечное и т.п. Как правило, у нержавеющих сталей от коррозии защищает специальная пленка из оксида хрома. Данная пленка появляется сама при воздействии на сталь кислорода, при условии, что в состав стали входит не менее 12% хрома. Со временем пленка разрушается, и нержавеющая сталь начинает окисляться.
Может ли Никель-Карбонил находиться длительное время в воде?
Researcher, Institute of Physics, University of Tartu
Если Вы имеете в виду Ni(CO)4, то это несмешивающаяся с водой жидкость. Поэтому «находиться в воде» она не может, она может находиться в контакте с водой. При таком контакте карбонил никеля не будет реагировать непосредственно с водой, но будет окисляться кислородом воздуха, поскольку этот процесс идет гораздо лучше во влажной среде.
Если же Вы имеете в виду мелкодисперсный порошок металлического никеля, получаемого разложением карбонила никеля, то его даже часто хранят под слоем воды, поскольку на воздухе он горит.
Зачем консервную жесть покрывают оловом?
Имею психологическое образование. Интересуюсь устройством мира.
Олово защищает материал от коррозии. Оно защищает материал от кислот, которые присутствуют в продуктах, помещающихся в консервные банки, от влаги. А кислоты и влага, ускоряют процесс появления ржавчины. Олово устойчиво к кислотам, в отличии от цинка и многих других покрытий. Поэтому для консервных банок используют именно олово.
Почему золото не ржавеет?
Физик по образованию, тестировщик по воле случая, блоггер по настроению, хоккеист-любитель… · instagram.com/usa_notes
Давайте по порядку. Сначала определимся с понятием «ржавеет«. Под ржавением мы обычно понимаем разрушение металлических предметов под действием воды и содержащегося в воздухе кислорода. Железо, как активный элемент, довольно активно соединяется с кислородом, и на его поверхности появляется ржавчина — смесь оксидов железа. Фактически, твёрдый металл превращается в другое рыхлое вещество и разваливается.
Золото (а равно и серебро, и платина) также подвержены окислению, но в реакцию с кислородом они вступают крайне неохотно, а потому процесс ржавения проходит очень медленно. Отчасти, именно поэтому эти металлы так ценились и ценятся сегодня. Более того, для изготовления ювелирных украшений металл дополонительно легируют, защищая его от коррозии.
Так что золото ржавеет, но очень медленно, зато любая железяка в неблагоприятной среде может буквально рассыпаться в труху.
Как производится нержавеющая полоса?
Нержавеющая полоса — это вид сортового проката, представляющий собой металлическое изделие сплошного прямоугольного сечения и имеющий предусмотренные сортаментом такие размерные характеристики, как ширину, толщину и длину. Изготавливают полосу из нержавейки методом холодного или горячего проката, по качеству и точности которого продукцию делят на категории:
- повышенной точности;
- высокой;
- нормальной.
Нержавеющую ленту производят способом деформации под давлением, не нарушая при этом, целостность металла. Под действием внешних сил происходит перераспределения объёмов. Для производства, как правило, применяется хромо-никелевая или хромистая сталь, легированная марганцем, титаном, молибденом. Сплавы такого типа обладают устойчивостью к действию почвенной и атмосферной влаги, а также агрессивной среды.
Что за сталь AUS-8 ?
Разнопрофильный специалист, мама 4х деток
Это продукт япоской металлургии, высоколегированный сплав повышенной твердости. В основном используется для изготовления ножей и клинков. В России выпускается аналог такой стали под маркой 95X18.
Прочитать ещё 2 ответа