Медь окисляется ли: причины ржавления и способы защиты

Разное

Содержание

причины ржавления и способы защиты

Изделия из меди используются человеком на протяжении нескольких веков. В дореволюционные времена цена этого металла приравнивалась к стоимости золота, настолько дорогим было его производство. Сейчас медь намного подешевела, поэтому из нее, кроме украшений, делают посуду, интерьерные аксессуары и иные предметы.

Ржавчина на медиРжавчина на меди

Коррозия меди, в отличие от железа, развивается медленно благодаря ее устойчивости к данному явлению, и все-таки иногда приходится принимать меры по очистке изделий от некрасивого налета.

Развитие коррозииРазвитие коррозии

Под коррозией понимают процесс разрушения металла под действием агрессивных факторов окружающей среды. В той или иной степени ржавеют все металлы, сплавы, в результате чего на них появляются ржавчина и участки нарушения целостности (дыры). Портиться со временем способны и неметаллы: примером можно назвать старение резины или пластика от взаимодействия с кислородом, при частых контактах с водой, перепадами температур.

Основной причиной коррозии считается термодинамическая неустойчивость металла к влиянию физических факторов или химических веществ, которые присутствуют в контактной среде. По сравнению с железом медь окисляется намного меньше, но при увеличении температуры этот процесс значительно ускоряется. При регулярном нахождении в среде с температурой выше +100 градусов любой металл ржавеет в несколько раз быстрее.

Процесс коррозии металловПроцесс коррозии металлов

к содержанию ↑

Коррозийные свойства меди

Медь – металл с высокими пластическими свойствами, имеющий красно-золотистый цвет, а после удаления оксидной пленки – чуть розоватый. По электропроводности он уступает лишь серебру, также характеризуется высокой теплопроводностью. Благодаря низкому удельному сопротивлению медь применяется в электротехнике: идет на изготовление медных пластинок, проволоки, обмотки двигателей.

Из-за высоких антикоррозионных качеств металл включается в сплавы для улучшения их технических характеристик (бронза, латунь и другие). В гальванической среде медь становится катодом, вступает в электрохимические процессы и вызывает ускоренное ржавление прочих металлов.

Медь – неактивный химический элемент, поэтому практически не взаимодействует с воздухом, водой (пресной, морской). Если воздух сухой, на поверхности материала формируется оксидная пленка толщиной до 50 мн. Медное изделие темнеет, становится коричневым или зеленоватым, это называется патиной. В ряде случаев патина воспринимается как декоративное покрытие. Интенсивность коррозии низкая при контакте с разбавленной соляной кислотой, но при реакции с рядом иных кислот, с галогенами, «царской водкой» металл окисляется с образованием карбоната меди.

Зеленый налет на медном изделииЗеленый налет на медном изделии

к содержанию ↑

Условия разрушения материала

Несмотря на устойчивость к порче, даже медные изделия при определенных условиях могут ржаветь. Меньше всего подобные явления выражены во влажном воздухе, воде, почве, больше – в кислой среде.

Серьезно снизить коррозию можно путем лужения – покрытия меди слоем олова. Качественное лужение дает надежную защиту от повреждений, повышает коррозионную стойкость, делает материал не подверженным действию высоких температур, дождя, града, снега. Срок службы луженых изделий составляет более 100 лет без потери первоначальных свойств.

Покрытие медного изделия оловомПокрытие медного изделия оловом

к содержанию ↑

Влияние воды

Скорость коррозии меди в воде сильно зависит от наличия оксидной пленки на ее поверхности, а также от степени насыщенности воды кислородом. Чем больше содержание последнего, тем интенсивнее протекает разрушение материала. В целом, медь считается стойкой к вредному воздействию соленой и пресной воды, и пагубно влияют на нее только растворенные ионы хлора, низкий уровень pH. Прочность, неподверженность ржавлению позволяет применять материал для изготовления трубопроводов.

Если на поверхности изделия, покрытого медью, имеется коричневая или зеленая оксидная корка, разрушающие вещества в малой степени проникают внутрь. Обычно оксидный слой формируется спустя 60 дней нахождения металла в воде. Более прочной считается зеленая корка (карбонатная), рыхлой и менее крепкой – черная (сульфатная).

В морской воде уровень коррозии практически такой же, как и в пресной. Лишь при ускорении движения жидкости коррозия становится ударной, поэтому – более интенсивной. Медь – материал, который не способен обрастать морскими микроорганизмами, ведь его ионы губительны для моллюсков, водорослей. Это свойство металла используется в судоходстве, рыбном хозяйстве.

Карбонатная пленка на медном листеКарбонатная пленка на медном листе

к содержанию ↑

Воздействие кислот и щелочей

В щелочах медь не портится, ведь материал сам по себе является щелочным, зато кислоты для нее являются самыми пагубными по воздействию. Наиболее значимая и быстрая коррозия происходит при контакте с серой и ее кислотными соединениями, а азотная кислота и вовсе полностью разрушает структуру материала.

В концентрированных кислотах медь растворяется, поэтому при изготовлении оборудования для нефтегазовой промышленности требует дополнительной защиты. С этой целью применяются ингибиторы – замедлители химических реакций:

  1. Экранирующие – формируют пленку, которая не позволяет кислотам достигать медной поверхности.
  2. Окислительные – превращают верхний слой в окись, которая будет вступать в реакцию с кислотами без вреда для самого металла.
  3. Катодные – увеличивают перенапряжение катодов, чем замедляют реакцию.

Реакция в кислой и нейтральной средеРеакция в кислой и нейтральной среде

к содержанию ↑

Коррозия в почве и влажном воздухе

В почве проживает множество микроорганизмов, которые вырабатывают сероводород, поэтому среда тут кислая, скорость коррозии меди возрастает. Чем более отклонено значение pH в сторону закисления, тем быстрее протекают процессы разрушения. Если грунт насыщен кислородом, металл окисляется, но ржавеет меньше. При длительном нахождении медных изделий в земле они зеленеют, становятся рыхлыми и могут даже рассыпаться. Краткосрочное пребывание в почве вызывает появление патины, от которой предмет можно очистить.

Влажный воздух плохо сказывается на состоянии материала только при долгом контакте, а вначале тоже вызывает появление патины (оксидного слоя). Исключение составляет пар, насыщенный хлоридами, сульфидами, углекислотой – в нем коррозия развивается стремительнее.

к содержанию ↑

Почему изделия из меди необходимо регулярно чистить

Медные турки, ковши, самовары отличаются высокой теплопроводностью, потому нагрев в них протекает равномерно, а продукты готовятся быстрее. Это обуславливает высокую популярность изделий в быту. Потребность в чистке медных предметов обусловлена утратой ими внешней привлекательности со временем. Особенно быстро тускнеют и теряют естественный цвет изделия, находящиеся на воздухе или часто нагревающиеся.

Чистка медных изделий от налетаЧистка медных изделий от налета

Окисная пленка – патина – популярна лишь там, где требуется придание вещам винтажного облика, стилизация под старину. В противном случае она портит вид посуды, утвари, украшений и статуэток. Чтобы устранить оксидный налет, элементы потемнения и вернуть блеск, придется периодически чистить предметы. Также очищение требуется для исключения попадания в еду вредных соединений, которые могут присутствовать в черном или зеленом слое.

к содержанию ↑

Эффективные методы очистки меди

Провести чистку медных предметов несложно, для этого не понадобятся дорогостоящие средства. Вот самые популярные методики, применяемые в домашних условиях:

  1. Кетчуп. Взять немного томатного кетчупа, смазать им изделие, оставить на две минуты. После ополоснуть струей воды.
  2. Раствор для мытья посуды. Намылить хозяйственную губку обычным средством для посуды, тщательно протереть поверхность, смыть водой. Этот способ лучше всего подходит для изделий, которые лишь немного потускнели.
  3. Лимон. Натереть медную поверхность долькой лимона, после пройтись по ней щеткой с жесткими ворсинками и помыть водой.
  4. Уксус и мука. Влить в чашку немного уксуса, добавить муку до получения теста средней густоты. Смазать медь тестом, оставить до высыхания, потом удалить остатки, а изделие натереть мягкой тряпочкой.
  5. Уксус и соль. Налить в кастрюлю из нержавеющей стали уксус 9%, всыпать немного соли, дать закипеть. Огонь выключить, в раствор положить медный предмет, не убирать его до остывания жидкости. Этот способ подходит для сильно загрязненных поверхностей.

к содержанию ↑

Чистка монет из меди

Медные монеты представляют собой антиквариат, и в наше время не выпускаются. Нередко их приходится чистить, чтобы вернуть привлекательный вид. Если монета контактировала со свинцом, налет на ней может быть желтоватым. В таком случае он прекрасно очищается столовым уксусом (9%). Зеленый налет убирают раствором лимонной кислоты (10%) или соком лимона, коричневый – аммиаком, углекислым аммонием.

Нужно помнить, что порой слой патины придает монетам более благородный и винтажный вид, поэтому удалять его желательно не всегда. Некоторые, напротив, стараются искусственно состарить деньги домашним способом. Для этого надо взять литр дистиллированной воды, 5 г аптечной марганцовки, 50 г медного купороса. Раствор нагреть, не кипятя, бросить в него монеты, оставить до достижения нужного оттенка. Для закрепления эффекта высохшие деньги обработать смесью бензола и спирта (1:1). После монеты обретут красивый состаренный облик и смогут украсить любую коллекцию предметов антиквариата.

Как быстро ржавеет медь и что с этим делать

Как быстро ржавеет медь и что с этим делать

Медные изделия применяются людьми на протяжении многих веков. Даже в древнейшие времена стоимость такого металла могла приравниваться к стоимости золота, так как производства данного металла было очень дорогостоящим.

На данный момент медь стала куда дешевле, и потому из нее, помимо украшений, стараются делать посуду, аксессуары в интерьер и остальные предметы. Не задумывались ли над тем, как быстро ржавеет медь?

Коррозия меди, в отличия от того же железа, развивается крайне медленно за счет ее устойчивости к такому явлению, и все же иногда требуется принимать меры по очищению изделий от ужасного налета.

Коррозия металлов/сплавов – что это

Под ржавлением подразумевается процесс разрушения металла под воздействием негативных факторов в окружающей среде. В той или иной мере будут ржаветь все металлы, сплавы, и в результате этого на них появляется ржавчина и места ухудшения целостности (а именно, дыры). Со временем могут начать портиться все неметаллы – примером можно называть старение резины или даже пластика от воздействия с кислородом, при постоянном контакте с водой, а еще из-за температурных перепадов.

Главной первопричиной ржавления можно считать термодинамическую неустойчивость металла к воздействию факторов физического типа или даже веществ химического происхождения, которые есть в контактной среде. В сравнении с железом медь будет окисляться куда меньше, но при увеличении температуры такой процесс будет сильно ускоряться. При регулярном нахождении в среде при температуре выше +105 градусов любой металл будет ржаветь в несколько раз быстрее.

Подробности

Коррозионные качества

Медь представляет собой металл с высокими свойствами пластичности, которые имеют красновато-золотистый цвет, а после снятия оксидной пленки немного розоватым. По электрической проводимости он будет уступать только серебру, еще характеризуется огромной степенью тепловой проводимости. За счет низкого удельного сопротивления медь используется в электротехнике – она идет на изготовление пластинок из меди, обмотки электрической двигателей, проволоки.

Обратите внимание, что из-за прекрасных антикоррозионных свойств металл будет включаться в сплавы для усовершенствования их инженерных характеристик (латунь, бронза и прочие). В гальванической среде медь превращается в катод, и начинает вступать в электрохимические процессы, а еще вызывает ускоренный процесс ржавления остальных металлов.

Медь является неактивным химическим элементов, и потому она практически не взаимодействует с водой (морской или пресной), воздухом. Если воздух сухой, на поверхность материала будет формироваться оксидная пленка с толщиной до 50 мн. Изделие из меди начинает темнеть, становится зеленоватым или коричневым, и это называется патиной. Во множестве случаев патина воспринимается, как покрытие декоративного типа. Коррозионная интенсивность мала при контактировании с разведенной соляной кислотой, но при реакции со множеством остальных кислот, с галогенами, «царской водкой» металл будет окислен с образованием медного карбоната.

Условия для разрушения меди

Несмотря на стойкости к порче, даже изделия из меди при определенных условиях способны ржаветь. Меньше всего такие явления выражены в воде, влажном воздухе, почве и даже больше – в среде кислого типа. Ощутимо уменьшать коррозию можно посредством лужения – покрытия меди оловянным слоем. Качественный процесс лужения дает надежность и защиту от дефектов, а еще повышает устойчивость к коррозии, делает материал не подверженным воздействию высокой температуры, града, дождя и снега. Срок применения луженых изделий будет составлять больше сотни лет без потери первозданных качеств.

Воздействие воды

Экранирующие – создают пленку, которая не дает кислотам достигать медной поверхности.Защита меди от коррозии очень важна. Скорость ржавления меди в воде будет сильно зависеть от наличия пленки оксидного типа на ее поверхности, а также от уровня насыщенности воды посредством кислорода. Чем больше кислорода в воде, тем интенсивнее будет протекать разрушение материала. В целом же, медь можно считать устойчивой к вредоносному воздействию пресной и соленой воды, и негативно воздействуют на нее лишь растворенные хлорные ионы, а еще низкая степень рН. Прочность, а также неподверженность ржавлению дает возможность применять материалы для изготовления трубопровода.

Обратите внимание, что, если на поверхности изделия, которое покрыто посредством меди, имеет зеленая или даже коричневая оксидная корочка, разрушающие компоненты в малой степени будут проникать внутрь. Как правило, слой оксида образуется спустя 2 месяца нахождения металла в воде. Намного прочнее будет считаться зеленая корочка (то есть карбонатная), рыхлой и не такой крепкой – черная (сульфатная).

В воде из моря степень коррозии почти такой же, как и в обычной, то есть пресной. Лишь при ускорении передвижения воды ржавление станет ударным, и потому более интенсивным. Медь является материалом, который не может обрастать морскими микроскопическими организмами, потому что его ионы губительные для водорослей и моллюсков. Такое свойство металла применяется в судоходстве, а также в рыбном хозяйстве.

Влияние щелочей и кислот

В щелочах медь не будет портиться, потому что материал сам по себе является щелочным, зато кислоты для нее будут являться самыми негативными по воздействию. Самая быстрая и значимая коррозия будет происходить при контактировании с серой и ее кислотными типами соединений, а азотная кислота способна полностью разрушать структуру материала. В концентрированной кислоте медь начинает растворяться, и потому при изготовлении оборудования для промышленности нефтегазового типа требуется дополнительная защита.

С такой целью применяют ингибиторы – замедлители химической реакции:

  1. Экранирующие – создают пленку, которая не дает кислотам достигать медной поверхности.
  2. Окислительные – помогают превратить верхний слой в окись, которая начнет вступать в реакцию с кислотами без вреда непосредственно для самого металла.
  3. Катодные – увеличивают катодное перенапряжение, чем замедлят реакцию.

Рассмотрим еще кое-что, касающееся коррозии

Коррозия от влажного воздуха и почвы

В почве проживает большое количество микроскопических организмов, которые способны вырабатывать сероводород, так как среда тут кислая, а скорость коррозии меди возрастет. Чем больше отклонение значения рН в стороне окисления, тем скорее будут протекать разрушительные процессы. Если почва оснащена кислородом, то металл начинает окисляться, но ржаветь будет меньше. При длительном нахождении изделий из меди в земле они начинают зеленеть, становятся рыхлыми и способны даже рассыпаться. Краткосрочное пребывание в грунте вызывает образование патины, от которой предмет можно очищать. Кстати, влажный воздух способен плохо сказываться на состоянии материала лишь при длительном контакте, а для начала тоже вызывает образование патины (оксидного слоя). Исключение будет составлять пар, который насыщенный сульфидами, хлоридами, углекислотой – в нем коррозия будет развиваться стремительнее.

Почему медные изделия требуется регулярно очищать?

Ковши из меди, турки, самовары отличаются высокой степенью тепловой проводимости, и потому нагревание в них протекает равномерно, а продукты будут приготовлены быстрее. Это обусловлено высокую популярность изделий в быту. Потребность в очистке медных предметов обусловлено утратой ими визуальной привлекательности спустя время. Особенно быстро начинают тускнеть и теряют естественный цвет изделия, которые находятся на воздухе или даже часто нагревающиеся.

Коррозия меди в виде оксидной пленки (патины) популярна лишь в тот момент, где требуется придание предметам винтажного облика, стилизация под старину. В обратном случае она будет портиться внешний вид посуды, утвари, а также статуэток и украшений. Чтобы устранять оксидный налет, элементы потемнения и вернуть прежний блеск, требуется время от времени чистить предметы. Также очищение требуется для того, чтобы исключить попадания в пищу вредоносных соединений, которые способы присутствовать в зеленом и черном слое.

Эффективные способы очистки меди

Произвести очищение медных предметов несложно, для этого не требуются дорогостоящие средства. Вот наиболее популярные методики, которые используют в домашних условиях:

  1. Окислительные – помогают превратить верхний слой в окисьКетчуп – возьмите немного кетчупа из томатов, смажьте им изделие и оставьте на пару минут. После сполосните струей чистой и прохладной воды.
  2. Раствор для мытья посуды – следует намылить хозяйственную губку простым средством для посуды, тщательно протирайте поверхность и смывайте водой. такой метод лучше всего подойдет для изделий, которые лишь слегка потускнели.
  3. Лимон – следует натереть медную поверхность лимонной долькой, а после пройдитесь по нему щеточкой с жесткими ворсинками и помойте водой.
  4. Мука и уксус – влейте в чашку малое количество, добавьте муки до получения теста со средней густотой. Смажьте медное изделие посредством теста, оставьте до просыхания, а после удалите остатки. После остается натереть изделия мягкой тряпкой.
  5. Соль и уксус – налейте в кастрюльку из нержавеющей стали уксус 9%, всыпьте немного соли и доведите до кипения. Огонь следует выключить, закинуть в раствор предмет из меди, не убирать его до остывания жидкости. Данный способ подойдет для очень загрязненных поверхностей.

А теперь рассмотрим, как чистить медные монеты.

Очистка медных монет

Именно монетки из меди представляют собой антиквариат, и в наше время не будут выпускаться. Нередко требуется их очищать, чтобы вернуть красивый внешний вид. Если монета из меди контактировала со свинцом, налет на ней бывает желтоватым. В этом случае он будет прекрасно очищаться посредством столового уксуса (9%). Зеленый налет следует убрать посредством раствора лимонной кислоты (10%) или даже лимонным натуральным соком, коричневый аммиаком или углекислым аммонием.

Следует помнить о том, что иногда слой патины помогает придавать монетам более винтажный и благородный внешний вид, и потому удалять его стоит не всегда. Некоторые де стараются искусственно состарить деньги домашним методом. Для этого возьмите литр дистиллированной воды, 5 грамм марганцовки (аптечной) и 50 грамм медного купороса. Раствор следует нагреть, не доводя до кипения, бросить в него монеты, оставить до получения требуемого оттенка. Для закрепления полученного эффекта просохшие деньги обработайте все смесью спирта и бензола (1 к 1). После монеты обретают красивый состаренный вид и способны украшать любые коллекции антикварных предметов.

Причины коррозии меди и свойства этого необычного металла.

Коррозия меди — это процесс спонтанного разрушения данного металла в результате различных видов воздействия окружающей среды. Здесь нельзя применить такое понятие, как ржавление, которое привычно для описания данного процесса с железом. Причиной коррозии любых металлов служит термодинамическая неустойчивость материала к воздействию активных веществ, находящихся в воздухе. Скорость коррозии меди напрямую зависит от изменения температуры. При увеличении температуры на 100 °С темпы протекания реакции возрастают в несколько раз.

Свойства меди

Медь — это переходный элемент с ярко выраженными пластическими свойствами. Имеет золотистый цвет, а при отсутствии оксидной пленки — с добавлением розового. Это первый металл, который начал использовать человек. Латинское наименование элемента Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где в древности медь добывалась. Второе название — Aes, в переводе с латыни означает «руда» или «рудник».

Химический элемент - медь.

Пластичный металл широко используется человеком.

  • На воздухе металл покрывается оксидной пленкой, которая придает ему отличительный красно-желтый цвет. Медь вместе с золотом, осмием и цезием имеет преимущественно яркую окраску, что отличает их от других металлов, имеющих серебристый или серый цвет. Этот металл имеет высокую теплопроводность, а по электропроводности уступает только серебру.
  • Медь характеризуется высокими коррозионными качествами и не реагирует с водой и разбавленной соляной кислотой. Окисляется «царской водкой», галогенами, кислородом. На воздухе с повышенным содержанием влаги металл окисляется и образует карбонат меди, который составляет верхний слой патины. Процесс образования защитной оксидной пленки на открытом воздухе длителен и может продолжаться несколько лет. В результате этого поверхность металла темнеет и приобретает коричневатый оттенок. После образования пленки на металле появляются соли меди, имеющие зеленоватую окраску. Оксид меди и соли называется патиной. Цвет ее изменяется от коричневатого до зеленого и черного и зависит от многих внешних факторов. Патина нейтральна к меди и наделена защитными и декоративными свойствами.
  • Имея низкое удельное сопротивление, этот металл широко используется в электротехнике. Из него делают проволоку, идущую на изготовление обмоток электродвигателей. Листовой материал идет на изготовление различных элементов электрических аппаратов. Наличие в составе металла даже небольшого количества примесей значительно снижает его электропроводность.
  • Медь используется для производства сплавов. На ее основе изготовляются латунь, бронза, дюралюминий и др. Благодаря высоким антикоррозионным характеристикам они широко используются для плакировки металлов с целью уменьшения коррозионного износа.

 

Коррозионные свойства

Поскольку материал не является химически активным элементом, коррозия меди практически не происходит при взаимодействии с воздухом, пресной и морской водой.

В сухом воздухе образуется тонкая оксидная пленка, толщина которой составляет около 50 нм. В пресной воде скорость коррозии металла составляет 0,05–0,25 мм/год. Однако при содержании в жидкости аммиака, сероводорода, хлоридов и некоторых других примесей интенсивность коррозионного процесса возрастает.

В морской воде коррозия меди незначительна, и интенсивность ее соизмерима с разрушением в пресной. Однако при увеличении скорости движения среды возникает ударная коррозия, что приводит к повышению скорости процесса. Коррозия меди существенно зависит от температуры, и при возрастании последней скорость разрушения увеличивается.

Медь является единственным материалом, который не подвержен обрастанию водорослями, так как ее ионы губительно действуют на них. В почве, насыщенной микроорганизмами, скорость коррозионных процессов заметно возрастает. Интенсивность их протекания напрямую зависит от pH грунта. Чем больше отклонение значения показателя от нейтрального, тем быстрее происходит коррозия металла. Влияние микроорганизмов на процесс разрушения обуславливается выделением сероводорода в результате их жизнедеятельности.

Продукты почвенной коррозии элемента отличаются от атмосферной, имеют более сложный состав и структуру.

При очень длительном нахождении медных предметов в почве они превращаются в рыхлую массу светло-зеленого цвета, при непродолжительном — покрываются незначительным слоем патины, которая легко удаляется при очистке.

Коррозия меди, покрытой слоем олова (луженой), практически отсутствует. При качественном лужении она прекрасно служит под воздействием града и снега, становится нечувствительной к перепаду температур. Срок службы таких материалов составляет около 100 лет. При этом не теряются первоначальные свойства. Со временем цвет не изменяется, а остается первоначальным — серебристо-металлическим. Луженая медь прекрасно показала себя в качестве кровельного материала. Ведь не зря купола многих храмов покрывают именно этим материалом.

Кровля из меди.

Медь хорошо зарекомендовала себя в кровле.

Из-за высокой коррозионной устойчивости к воздействию многих агрессивных сред медь нашла широкое применение в химической промышленности.

Использование меди.

Устойчивый металл широко используется в химической промышленности.

В гальванической паре она является катодом для большинства металлов и сплавов и в результате электрохимических процессов при контакте с ними вызывает их ускоренную коррозию.

защита, как происходит в щелочной среде, во влажном воздухе

Медь широко применяется в различных отраслях промышленности, это обусловлено высокой коррозионной стойкостью, электропроводностью и теплопроводностью. Коррозия меди представляет собой разрушение физического состояния под воздействием факторов окружающей среды. Разрушение материала может происходить при следующих условиях:

  • в воде;

    Медные трубы подвергаются коррозии

  • в кислоте;
  • в щелочной среде;
  • в почве;
  • в растворах солей.

Изделия из меди наиболее устойчивы в атмосфере, морской воде, в горячей и холодной пресной воде. В морской воде медь не обрастает микроорганизмами, поскольку ее ионы оказывают губительное воздействие на водоросли и моллюсков. Этот металл абсолютно не устойчив в растворах серы и ее соединениях, в окислительных веществах, аэрированных водах, азотная кислота полностью разрушает его структуру.

Воздействие водной среды

В водной среде медь подвергается коррозии

В воде скорость коррозии меди зависит от наличия в ее составе оксидных пленок и растворенного кислорода. Чаще всего металл подвергается ударной или точечной коррозии. Чем насыщеннее вода кислородом, тем быстрее протекают процессы коррозии меди. Пагубно влияют воды, содержащие ионы хлора и низкий уровень pH. Но в целом этот металл оказывает высокое сопротивление водной среде, а разрушению препятствует появление слоя оксида. Так называемая зеленая или черная корка плотно соприкасается с поверхностью изделия и не позволяет разрушающим веществам проникать в металл. Оксид начинает образовываться после двух месяцев непрерывного нахождения изделия в воде. Оксидный слой бывает двух видов:

Медные изделия поднятые со дна океана

  • карбонат – имеет зеленый цвет и считается более прочным;
  • сульфат – имеет темный цвет и рыхлую структуру.

Медь является наиболее предпочтительным металлом для изготовления трубопроводов. Но если, вода, проходящая по медным трубам, в дальнейшем контактирует с алюминием, железом или цинком, то она в значительной мере ускорит коррозию этих металлов. Для предотвращения этого и защиты меди от коррозии используют лужение металла, которое получают путём нанесения на поверхность изделия расплавленного олова. Луженое изделие отличается высокой коррозийной стойкостью, оно не подвержено перепадам температур и способно противостоять негативным атмосферным факторам.

Воздействие кислот и щелочей

Водопроводные трубы из меди

Кислотная среда является для меди наиболее агрессивной. Самое сильное воздействие оказывают азотная и серная кислота, если раствор концентрированный, то металл может полностью раствориться. Эту особенность металла учитывают при изготовлении труб, деталей для нефтегазовой промышленности, где такие кислоты присутствуют постоянно. Коррозия меди в щелочной среде не наблюдается, наоборот, в щелочи медь восстанавливается с двухвалентного состояния до одновалентного. Медь сама по себе является щелочным металлом.

Для защиты металла от кислотного воздействия используют ингибиторы – это такие вещества, которые способны замедлить химические реакции. Различают следующие виды ингибиторных веществ:

  • экранирующие – образуют на поверхности металла защитную пленку и не позволяют ему контактировать с кислотой;
  • окислительные – образуют слой окиси на металле, который вступает в реакцию с кислотой и препятствуют ее проникновению к поверхности металла, при этом чем толще это слой, тем выше защита;
  • катодные – повышают перенапряжение катодов раствора, вследствие чего химическая реакция замедляется.

Для меди наиболее приемлемым является экранирующий вид ингибиторов, при этом используют бензотриазол, вместе с солями меди он образует защитную пленку и препятствует разрушению металла.

Коррозия в почве и влажном воздухе

Разрушение меди в грунте происходит под влиянием кислот, содержащихся в почве, в отличие от воды насыщенные кислородом породы в меньшей степени окисляют металл. Наибольшую опасность для изделий из меди представляют живущие в почве микроорганизмы, точнее, продукты их жизнедеятельности.

Земля также как и вода подвергает медные трубы коррозии

Многие из них выделяют сероводород, который способен разрушить структуру металла. Изделие, которое находилось долгое время в земле, может полностью рассыпаться при изъятии.

Во влажном воздухе коррозия меди проявляется с течением длительного периода времени. Сухой климат вообще не влияет на разрушение металла. Влажный воздух насыщен углекислым газом, сульфидами, хлоридами – эти вещества вызывают коррозию металла, разрушая ее защитную пленку. При длительном пребывании изделия во влажном воздухе начинает образовываться слой патины – это оксид солей, он сначала имеет темно-коричневый цвет, затем приобретает зеленый оттенок. Патина не растворяется в воде и не подвержена влиянию влажности, а также нейтральна к меди, поэтому не только не разрушает ее, но и выполняет защитную функцию. На сегодняшний день существуют методы искусственного создания патины, их чаще всего используют художники и скульпторы, делая предметы, похожими на старинные вещи. Винтажный стиль в интерьере сейчас пользуется большой популярностью.

Видео: Как остановить коррозию медных монет

причины и способы решения проблемы

Медь и медные сплавы имеют высокую электро- и теплопроводность, поддаются механической обработке, обладают хорошей стойкостью к коррозии, поэтому активно применяются во многих отраслях промышленности. Но при попадании в определенную среду все-таки проявляется коррозия меди и ее сплавов. Что это такое и как защитить изделия от порчи, рассмотрим в этой статье.

Что такое коррозия

Это разрушение металлов в результате воздействия на них окружающей среды. В странах с хорошо развитой промышленность ущерб от коррозии составляет 4–5% национального дохода. Портятся не только металлы, но и механизмы, и детали, изготовленные из них, что ведет к очень большим затратам. В результате ржавления трубопроводов зачастую происходит утечка вредных химических веществ, что приводит к загрязнению почвы, воды и воздуха. Все это пагубно сказывается на здоровье людей. Коррозия меди является спонтанным ее разрушением под влиянием отдельных элементов среды обитания человека. Причина порчи металла заключается в неустойчивости его к отдельным веществам, находящимся в воздухе. Скорость коррозии тем больше, чем выше температура.

Свойства меди

Медь – это самый первый металл, который стал использовать человек. Она золотистого цвета, а на воздухе покрывается оксидной пленкой и приобретает красно-желтый цвет, что отличает ее от других металлов, имеющих серый оттенок. Она очень пластична, обладает высокой теплопроводностью, считается отличным проводником, уступая только серебру. В слабой соляной кислоте, пресной и морской воде коррозия меди незначительная.

На открытом воздухе происходит окисление металла с образованием оксидной пленки, защищающей металл. Со временем она темнеет и становится коричневого цвета. Слой, покрывающий медь, называют патиной. Он изменяет свой цвет от коричневатого оттенка до зеленого и даже черного.

Электрохимическая коррозия

Это самый распространенный вид разрушения металлических изделий. Электрохимическая коррозия разрушает детали машин, различные конструкции, находящиеся в земле, воде, атмосфере, смазочно-охлаждающих жидкостях. Это повреждение поверхности металлов под воздействием электрического тока, когда при химической реакции происходит отдача и перенос электронов с катодов на аноды. Способствует этому неоднородная химическая структура металлов. При контакте меди с железом в электролите возникает гальванический элемент, где железо становится анодом, а медь – катодом, потому что железо в ряду напряжений по таблице Менделеева стоит левее меди и обладает большей активностью.

В паре железа с медью коррозия железа наступает быстрее, чем меди. Это происходит потому, что при разрушении железа электроны от него переходят к меди, которая остается защищенной до тех пор, пока полностью не разрушится весь слой железа. Этим свойством часто пользуются для защиты деталей и механизмов.

Влияние примесей на порчу металлов

Известно, что металлы в чистом виде практически не подвергаются коррозии. Но на практике все материалы содержат какое-то количество примесей. Как же влияют они на сохранность при эксплуатации изделий? Допустим, что имеется деталь, изготовленная из двух металлов. Рассмотрим, как происходит коррозия меди с алюминием. При нахождении на воздухе ее поверхность покрывается тончайшей пленкой из воды. Надо заметить, что вода разлагается на ионы водорода и гидроксид-ионы, а углекислый газ, растворенный в воде, образует угольную кислоту. Получается, что медь и алюминий, погруженные в раствор, создают гальванический элемент. Причем алюминий – анод, медь – катод (алюминий в ряду напряжений стоит левее меди).

Ионы алюминия попадают в раствор, а к меди переходят избыточные электроны, разряжая у ее поверхности ионы водорода. Ионы алюминия и гидроксид-тоны соединяются и откладываются на поверхности алюминия в виде белого вещества, вызывая коррозию.

Коррозия меди в кислых средах

Медь проявляет хорошую устойчивость к коррозии в любых условиях, так как нечасто вытесняет водород, потому что она в электрохимическом ряду напряжений стоит около благородных металлов. Широкое использование меди в химической промышленности вызвано ее стойкостью ко многим агрессивным органическим средам:

  • нитратам и сульфидам;
  • фенольным смолам;
  • уксусной, молочной, лимонной и щавелевой кислоте;
  • гидроокиси калия и натрия;
  • слабым растворам серной и соляной кислоты.

С другой стороны, отмечается сильное разрушение меди в:

  • кислых растворах солей хрома;
  • минеральных кислотах — хлорной и азотной, причем коррозия усиливается с увеличением концентрации.
  • концентрированной серной кислоте, усиливаясь при повышении температуры;
  • гидроокиси аммония;
  • окисляющих солях.

Методы предохранения металла

Практически все металлы в газообразной или жидкой среде подвергаются поверхностному разрушению. Основным способом защиты меди от коррозии является нанесение на поверхность изделий защитного слоя, состоящего из:

  • Металла – на медную поверхность изделия наносится слой металла, который более устойчив к коррозии. Например, в качестве него используют латунь, цинк, хром и никель. В этом случае контакт с окружающей средой и окисление будет происходить с металлом, используемым для покрытия. Если защитный слой частично портится, то происходит разрушение основного металла – меди.
  • Неметаллических веществ – это неорганические покрытия, состоящие из стекловидной массы, цементного раствора, или органические – краски, лаки, битум.
  • Химических пленок – защиту образуют химическим способом, создавая на поверхности металла соединения, надежно предохраняющие медь от коррозии. Для этого используют оксидные, фосфатные пленки или насыщают поверхность сплавов азотом, органическими веществами либо обрабатывают углеродом, соединения которого надежно сохраняют ее.

Кроме этого, в состав медных сплавов вводят легирующий компонент, который усиливает антикоррозийные свойства, или изменяют состав окружающей среды, удаляя из нее примеси и вводя ингибиторы, замедляющие протекание реакции.

Заключение

Медь не является химически активным элементом, из-за этого ее разрушение происходит очень медленно практически в любой среде. Поэтому она широко используется во многих отраслях народного хозяйства. Например, металл очень стойко ведет себя в чистой пресной и морской воде. Но при увеличении содержания кислорода или ускорении тока воды устойчивость к коррозии падает.

Химические свойства переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа).

Химические свойства меди

Медь (Cu) относится к d-элементам и расположена в IB группе периодической таблицы Д.И.Менделеева. Электронная конфигурация атома меди в основном состоянии записывается виде 1s22s22p63s23p63d104s1 вместо предполагаемой формулы 1s22s22p63s23p63d94s2. Другими словами, в случае атома меди наблюдается так называемый «проскок электрона» с 4s-подуровня на 3d-подуровень. Для меди, кроме нуля, возможны степени окисления +1 и +2. Степень окисления +1 склонна к диспропорционированию и стабильна лишь в нерастворимых соединениях типа CuI, CuCl, Cu2O и т. д., а также в комплексных соединениях, например, [Cu(NH3)2]Cl и [Cu(NH3)2]OH. Соединения меди в степени окисления +1 не имеют конкретной окраски. Так, оксид меди (I) в зависимости от размеров кристаллов может быть темно-красный (крупные кристаллы) и желтый (мелкие кристаллы), CuCl и CuI —   белыe, а Cu2S — черно-синий. Более химически устойчивой является степень окисления меди, равная +2. Соли, содержащие медь в данной степени окисления, имеют синюю и сине-зеленую окраску.

Медь является очень мягким, ковким и пластичным металлом с высокой электро- и теплопроводностью. Окраска металлической меди красно-розовая. Медь находится в ряду активности металлов правее водорода, т.е. относится к малоактивным металлам.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

В обычных условиях медь с кислородом не взаимодействует. Для протекания реакции между ними требуется нагрев. В зависимости от избытка или недостатка кислорода и температурных условий может образовать оксид меди (II) и оксид меди (I):

с серой

Реакция серы с медью в зависимости от условий проведения может приводить к образованию как сульфида меди (I), так и сульфида меди (II). При нагревании смеси порошкообразных Cu и S до температуры 300-400оС образуется сульфид меди (I):

При избытке серы и проведении реакции при температуре более 400оС образуется сульфид меди (II). Однако, более простым способом получения сульфида меди (II) из простых веществ является взаимодействие меди с серой, растворенной в сероуглероде:

Данная реакция протекает при комнатной температуре.

с галогенами

С фтором, хлором и бромом медь реагирует, образуя галогениды с общей формулой CuHal2, где Hal – F, Cl или Br:

Cu + Br2  = CuBr2

В случае с йодом — самым слабым окислителем среди галогенов — образуется иодид меди (I):

С водородом, азотом, углеродом и кремнием медь не взаимодействует.

Взаимодействие со сложными веществами

с кислотами-неокислителями

Кислотами-неокислителями являются практически все кислоты, кроме концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации. Поскольку кислоты-неокислители в состоянии окислить только металлы, находящиеся в ряду активности до водорода; это означает, что медь с такими кислотами не реагирует.

с кислотами-окислителями
— концентрированной серной кислотой

С концентрированной серной кислотой медь реагирует как при нагревании, так и при комнатной температуре. При нагревании реакция протекает в соответствии с уравнением:

Поскольку медь не является сильным восстановителем, сера восстанавливается в данной реакции только до степени окисления +4 (в SO2).

— с разбавленной азотной кислотой

Реакция меди с разбавленной HNO3 приводит к образованию нитрата меди (II) и монооксида азота:

3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

— с концентрированной азотной кислотой

Концентрированная HNO3 легко реагирует с медью при обычных условиях. Отличие реакции меди с концентрированной азотной кислотой от взаимодействия с разбавленной азотной кислотой заключается в продукте восстановления азота. В случае концентрированной HNO3 азот восстанавливается в меньшей степени: вместо оксида азота (II) образуется оксид азота (IV), что связано с большей конкуренцией между молекулами азотной кислоты в концентрированной кислоте за электроны восстановителя (Cu):

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

с оксидами неметаллов

Медь реагирует с некоторыми оксидами неметаллов. Например, с такими оксидами, как NO2, NO, N2O медь окисляется до оксида меди (II), а азот восстанавливается до степени окисления 0, т.е. образуется простое вещество N2:

В случае диоксида серы, вместо простого вещества (серы) образуется сульфид меди(I). Связано это с тем, что медь с серой, в отличие от азота, реагирует:

с оксидами металлов

При спекании металлической меди с оксидом меди (II) при температуре 1000-2000 оС может быть получен оксид меди (I):

Также металлическая медь может восстановить при прокаливании оксид железа (III) до оксида железа (II):

с солями металлов

Медь вытесняет менее активные металлы (правее нее в ряду активности) из растворов их солей:

Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag↓

Также имеет место интересная реакция, в которой медь растворяется в соли более активного металла – железа в степени окисления +3. Однако противоречий нет, т.к. медь не вытесняет железо из его соли, а лишь восстанавливает его со степени окисления +3 до степени окисления +2:

Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4

Cu + 2FeCl3 = CuCl2  + 2FeCl2

Последняя реакция используется при производстве микросхем на стадии травления медных плат.

Коррозия меди

Медь со временем подвергается коррозии при контакте с влагой, углекислым газом и кислородом воздуха:

2Cu + H2O + СО2 + О2 = (CuOН)2СO3

В результате протекания данной реакции медные изделия покрываются рыхлым сине-зеленым налетом гидроксокарбоната меди (II).

Химические свойства цинка

Цинк Zn находится в IIБ группе IV-го периода. Электронная конфигурация валентных орбиталей атомов химического элемента в основном состоянии 3d104s2. Для цинка возможна только одна единственная степень окисления, равная +2. Оксид цинка ZnO и гидроксид цинка Zn(ОН)2 обладают ярко выраженными амфотерными свойствами.

Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа вследствие протекания реакции:

2Zn + H2O + O2 + CO2 → Zn2(OH)2CO3

Пар цинка горит на воздухе, а тонкая полоска цинка после накаливания в пламени горелки сгорает в нем зеленоватым пламенем:

При нагревании металлический цинк также взаимодействует с галогенами, серой, фосфором:

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует.

Цинк реагирует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:

Zn + H2SO4 (20%) → ZnSO4 + H2

Zn + 2HCl  →  ZnCl2 + H2

Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, поскольку содержит в себе примеси других менее активных металлов, в частности, кадмия и меди. Высокочистый цинк по определенным причинам устойчив к воздействию кислот. Для того чтобы ускорить реакцию, образец цинка высокой степени чистоты приводят в соприкосновение с медью или добавляют в раствор кислоты немного соли меди.

При температуре 800-900oC (красное каление) металлический цинк, находясь в расплавленном состоянии, взаимодействует с перегретым водяным паром, выделяя из него водород:

Zn + H2O = ZnO + H2

Цинк реагирует также и с кислотами-окислителями: серной концентрированной и азотной.

Цинк как активный металл может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу и даже сероводород.

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O

Состав продуктов восстановления азотной кислоты определяется концентрацией раствора:

Zn + 4HNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

3Zn + 8HNO3(40%) = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

4Zn +10HNO3(20%) = 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

5Zn + 12HNO3(6%) = 5Zn(NO3)2 + N2↑ + 6H2O

4Zn + 10HNO3(0,5%) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

На направление протекания процесса влияют также температура, количество кислоты, чистота металла, время проведения реакции.

Цинк реагирует с растворами щелочей, при этом образуются тетрагидроксоцинкаты и водород:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

Zn + Ba(OH)2 + 2H2O = Ba[Zn(OH)4] + H2

С безводными щелочами цинк при сплавлении образует цинкаты и водород:

В сильнощелочной среде цинк является крайне сильным восстановителем, способным восстанавливать азот в нитратах и нитритах до аммиака:

4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6H2O → 4Na2[Zn(OH)4] + NH3

Благодаря комплексообразованию цинк медленно растворяется в растворе аммиака, восстанавливая водород:

Zn + 4NH3·H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 + H2↑ + 2H2O

Также цинк восстанавливает менее активные металлы (правее него в ряду активности) из водных растворов их солей:

Zn + CuCl2 = Cu + ZnCl2

Zn + FeSO4 = Fe + ZnSO4

Химические свойства хрома

Хром — элемент VIB группы таблицы Менделеева. Электронная конфигурация атома хрома записывается как 1s 22s 22p 63s 23p63d54s1, т.е. в случае хрома,  также как и в случае атома меди,  наблюдается так называемый «проскок электрона»

Наиболее часто проявляемыми степенями окисления хрома являются значения +2, +3 и +6. Их следует запомнить, и в рамках программы ЕГЭ по химии можно считать, что других степеней окисления хром не имеет.

При обычных условиях хром устойчив к коррозии как на воздухе, так и в воде.

Взаимодействие с неметаллами

с кислородом

Раскаленный до температуры более 600 oС порошкообразный металлический хром сгорает в чистом кислороде образуя окcид хрома (III):

4Cr + 3O2 =ot=> 2Cr2O3

с галогенами

С хлором и фтором хром реагирует при более низких температурах, чем с кислородом (250 и 300 oC соответственно):

2Cr + 3F2 =ot=> 2CrF3

2Cr + 3Cl2 =ot=> 2CrCl3

С бромом же хром реагирует при температуре красного каления (850-900 oC):

2Cr + 3Br2 =ot=> 2CrBr3

с азотом

С азотом металлический хром взаимодействует при температурах более 1000 oС:

2Cr + N2 =ot=> 2CrN

с серой

С серой хром может образовывать как сульфид хрома (II) так и сульфид хрома (III), что зависит от пропорций серы и хрома:

Cr + S  =ot=>  CrS

2Cr + 3S  =ot=>  Cr2S3

С водородом хром не реагирует.

Взаимодействие со сложными веществами

Взаимодействие с водой

Хром относится к металлам средней активности (расположен в ряду активности металлов между алюминием и водородом). Это означает, что реакция протекает  между раскаленным до красного каления хромом и перегретым водяным паром:

2Cr + 3H2O =ot=>  Cr2O3 + 3H2

Взаимодействие с кислотами

Хром при обычных условиях пассивируется концентрированными серной и азотной кислотами, однако, растворяется в них при кипячении, при этом окисляясь до степени окисления +3:

Cr + 6HNO3(конц.) =to=> Cr(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

2Cr + 6H2SO4(конц)  =to=> Cr2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

В случае разбавленной азотной кислоты основным продуктом восстановления азота является простое вещество N2:

10Cr + 36HNO3(разб) = 10Cr(NO3)3 + 3N2↑ + 18H2O

Хром расположен в ряду активности левее водорода, а это значит, что он способен выделять H2 из растворов кислот-неокислителей. В ходе таких реакций в отсутствие доступа кислорода воздуха образуются соли хрома (II):

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2

Cr + H2SO4(разб.) = CrSO4 + H2

При проведении же реакции на открытом воздухе, двухвалентный хром мгновенно окисляется содержащимся в воздухе кислородом до степени окисления +3. При этом, например, уравнение с соляной кислотой примет вид:

4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O

При сплавлении металлического хрома с сильными окислителями в присутствии щелочей хром окисляется до степени окисления +6, образуя хроматы:

Химические свойства железа

Железо Fe, химический элемент, находящийся в VIIIB группе и имеющий порядковый номер 26 в таблице Менделеева. Распределение электронов в атоме железа следующее 26Fe1s22s22p63s23p63d64s2, то есть железо относится к d-элементам,  поскольку заполняемым в его случае является d-подуровень. Для него наиболее характерны две степени окисления +2 и +3. У оксида FeO и гидроксида Fe(OH)2 преобладают основные свойства, у оксида Fe2O3 и гидроксида Fe(OH)3 заметно выражены амфотерные. Так оксид и гидроксид железа (lll) в некоторой степени растворяются при кипячении в концентрированных растворах щелочей,  а также реагируют с безводными щелочами при сплавлении. Следует отметить что степень окисления железа +2 весьма неустойчива, и легко переходит в степень окисления +3. Также известны соединения железа в редкой степени окисления +6 – ферраты, соли не существующей «железной кислоты» H2FeO4. Указанные соединения относительно устойчивы лишь в твердом состоянии, либо в сильнощелочных растворах.  При недостаточной щелочности среды ферраты довольно быстро окисляют даже воду,  выделяя из нее кислород.

Взаимодействие с простыми веществами

С кислородом

При сгорании в чистом кислороде железо образует, так называемую, железную окалину, имеющую формулу Fe3O4 и фактически представляющую собой смешанный оксид, состав которого условно можно представить формулой FeO∙Fe2O3. Реакция горения железа имеет вид:

3Fe + 2O2 =to=> Fe3O4

С серой

При нагревании железо реагирует с серой, образуя сульфид двухвалентого железа:

Fe + S =to=> FeS

Либо же при избытке серы дисульфид железа:

Fe + 2S =to=> FeS2

С галогенами

Всеми галогенами кроме йода металлическое железо окисляется до степени окисления +3, образуя галогениды железа (lll):

2Fe + 3F2 =to=> 2FeF3 – фторид железа (lll)

2Fe + 3Cl2 =to=> 2FeCl3 – хлорид железа (lll)

2Fe + 3Br2 =to=> 2FeBr3 – бромид железа (lll)

Йод же, как наиболее слабый окислитель среди галогенов, окисляет железо лишь до степени окисления +2:

Fe + I2 =to=> FeI2 – йодид железа (ll)

Следует отметить, что соединения трехвалентного железа легко окисляют иодид-ионы в водном растворе до свободного йода I2 при этом восстанавливаясь до степени окисления +2. Примеры, подобных реакций из банка ФИПИ:

2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl

2Fe(OH)3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 6H2O

Fe2O3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 3H2O

С водородом

Железо с водородом не реагирует (с водородом из металлов реагируют только щелочные металлы и щелочноземельные):

Взаимодействие со сложными веществами

Взаимодействие с кислотами
С кислотами-неокислителями

Так как железо расположено в ряду активности левее водорода, это значит, что оно способно вытеснять водород из кислот-неокислителей (почти все кислоты кроме H2SO4 (конц.)  и HNO3 любой концентрации):

Fe + H2SO4 (разб.) =  FeSO4 + H2

Fe + 2HCl =  FeCl2 + H2

Нужно обратить внимание на такую уловку в заданиях ЕГЭ, как вопрос на тему того до какой степени окисления окислится железо при действии на него разбавленной  и концентрированной соляной кислоты. Правильный ответ – до +2 в обоих случаях.

Ловушка здесь заключается в интуитивном ожидании более глубокого окисления железа (до с.о. +3) в случае его взаимодействия с концентрированной соляной кислотой.

Взаимодействие с кислотами-окислителями

С концентрированными серной и азотной кислотами в обычных условиях железо не реагирует по причине пассивации. Однако, реагирует с ними при кипячении:

2Fe + 6H2SO4 = ot=> Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Fe + 6HNO3 =ot=> Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Обратите внимание на то,  что разбавленная серная кислота окисляет железо до степени окисления +2, а концентрированная до +3.

Коррозия (ржавление) железа

На влажном воздухе железо весьма быстро подвергается ржавлению:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

С водой в отсутствие кислорода железо не реагирует ни в обычных условиях, ни при кипячении. Реакция с водой протекает лишь при температуре выше температуры красного каления (>800 оС). т.е.:

5.3. Свойства меди и продуктов ее коррозии

Медь представляет собой тяжелый металл красного цвета, обладающий очень высокой тягучестью и ковкостью. Атомная масса меди 63,54; плотность 8,9 г/см2, температура плавления 1083°С. С различными элементами медь легко образует сплавы. В ряду напряжений металлов медь стоит правее водорода, нормальный электродный потенциал близок к потенциалу благородных металлов , поэтому химическая активность меди невелика. В нейтральной воде на поверхности меди образуется защитная пленка, которая приостанавливает дальнейшее окисление. При отсутствии кислорода и других окислителей медь не растворяется при комнатной температуре в серной кислоте при концентрации до 80%, в горячей серной кислоте медь растворяется при концентрации выше 80%. В азотной кислоте медь растворяется. В растворах соляной кислоты без доступа воздуха медь медленно окисляется, в присутствии воздуха медь реагирует с соляной кислотой очень быстро. Наличие в воздухе паров очень летучей СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ вызывает активную коррозию меди. Медь реагирует с растворами аммиака, хлористого аммония. Медь очень устойчива по отношению к щелочам. В растворах, щелочей на ее поверхности образуются пленки гидратированных оксидов меди, плохо растворимых в щелочах и защищающих металл от дальнейшего действия щелочи. Высока стойкость меди в различных органических растворителях. Химические свойства медных сплавов практически такие же, как у меди. Химическая активность основных составляющих продуктов коррозии на меди и медных сплавах следующая: закись меди куприт, красно-коричневого цвета, не растворяется ни в холодной, ни в горячей воде; при продолжительном кипячении медленно переходит в черную окись меди. В щелочах плохо растворяется, реагирует с кислотами. В холодной разбавленной серной кислоте разлагается с образованием металлической меди в виде мелкодисперсных частиц красно-коричневого цвета, в горячих растворах серной кислоты медленно переходит в раствор в виде средних и кислых сернокислых солей. В муравьиной кислоте растворяется плохо. Растворяется в растворах аммиака, углекислого аммония и трилона Б с образованием прочных комплексных соединений. Окись меди нерастворима ни в холодной, ни в горячей воде. Не реагирует с щелочами. Реагирует с кислотами. В растворах аммиака, углекислого аммония и в щелочном растворе сегнетовой соли практически не растворяется. Основная углекислая медь, малахит зеленого цвета, при 200°С разлагается на воду и черную окись меди. В холодной воде нерастворима, в горячей воде при кипячении разлагается с образованием окиси. В щелочах частично растворяется, частично переходит в синий гидрат окиси, быстро разлагающийся на воду и окись меди. В кислотах растворяется с бурным выделением углекислого газа. Легко растворяется в растворах углекислого аммония, аммиака и щелочном растворе сегнетовой соли.

Основная углекислая медь, азурит, синего цвета. Реакции те же, что и у малахита.

Основная сернокислая медь, синего цвета. Не растворяется ни в холодной, ни в горячей воде. Легко растворяется в кислотах, в растворах углекислого аммония и аммиака. В щелочи переходит в нерастворимый синий гидрат окиси, который разлагается с образованием окиси меди. Растворяется в щелочном растворе сегнетовой СОЛИ.

Хлористая медь бесцветная. Гигроскопична, в химическом отношении неустойчива. В холодной воде практически не растворяется. При нагревании медленно гидролизуется, образуя гидрат закиси, который затем разлагается на закись меди и воду. Растворяется в растворах углекислого аммония и аммиака. Хорошо растворяется В СОЛЯНОЙ кислоте и медленно — в муравьиной. В серной кислоте растворяется частично. В горячих растворах щелочей частично растворяется, остаток переходит в окись меди.

Основная хлорная медь, зеленого цвета» негигроскопична, нерастворима в холодной воде. При кипячении медленно разлагается с образованием черной закиси меди. Легко растворяется в кислотах, в растворах аммиака, углекислого аммония, в щелочном растворе сегнетовой соли. В щелочах частично растворяется, частично переходит в синий гидрат окиси, а затем в черную окись меди.

Первоисточник: 

РЕСТАВРАЦИЯ МЕТАЛЛА. Методические рекомендации. ВНИИР. сост. М.С.Шемаханская М., 1989

Почему окисляется медь? — Почему Guides

why-does-copper-oxidize Медь — промышленный металл, который используется с древних времен. Это ковкий металлический элемент, который используется для различных целей. Из него можно делать тонкие листы и использовать его для изготовления тонкой проволоки, поскольку он довольно пластичный. Это также необходимый элемент в нашем организме. Как и другие элементы, он также окисляется, как железо и алюминий.

Общие сведения об окислении

Окисление — явление, встречающееся в повседневной жизни.Вы могли бы заметить, что свежесрезанное яблоко станет коричневым, когда оно окажется на воздухе. Когда происходит окисление, этот элемент в конечном итоге теряет электроны при взаимодействии с другим элементом. Другой пример этого, который мы регулярно наблюдаем в повседневной жизни, — это образование ржавчины на железе.

Эффекты окисления

При контакте с воздухом железо образует чешуйчатый красноватый внешний слой, который мы называем ржавчиной. Ржавчина является результатом этого естественного процесса и приводит к коррозии.Подобно образованию ржавчины на железе, медь также окисляется, реагируя с кислородом. Образуется оксид меди зеленоватого цвета. Этот зеленый слой, образующийся на поверхности при окислении, известен как патина. Однако, в отличие от железа, этот элемент не реагирует с водой при воздействии на нее. С другой стороны, железо обязательно образует ржавчину при контакте с водой.

Еще одно большое отличие и диаметрально противоположное — то, что там, где ржавчина разъедает, защищает патина. Это также еще одна причина того, почему медь является таким ценным металлом, поскольку она устойчива к коррозии.Патина под окисленным слоем предотвращает дальнейшую коррозию. Он также используется в качестве гидроизоляционного слоя на крышах старых зданий.

Пример окисления — тот, который вы увидите на Статуе Свободы. Медь в нем имеет защитный слой зеленого цвета, толщина которого составляет всего около 0,005 дюйма. Этот защитный слой патины защищает Lady Liberty от воздействия воздуха и воды. Этот слой патины предотвращает реакцию кислорода и воды.

Теплообмен

Тепло может передаваться, даже если патина образуется после окисления этого элемента.Идея этого процесса почти такая же, как и в случае с конвекционной печью. Окисленная медь все еще довольно пластична, несмотря на слой патины на поверхности. Поскольку этот слой очень тонкий, он не влияет на способность этого элемента излучать тепло. Однако обратите внимание, что вы все равно можете увидеть некоторые разные результаты в зависимости от того, какой метод вы используете для передачи тепла.

.

медь

Диспропорционирование ионов меди (I) в растворе

Химический состав меди (I) ограничен реакцией, которая происходит с участием простых ионов меди (I) в растворе. Это хороший пример диспропорционирования — реакции, в которой что-то окисляется и восстанавливается.

Ионы меди (I) в растворе диспропорционируют с образованием ионов меди (II) и осадка меди.

Реакция:

Любая попытка получить простое соединение меди (I) в растворе приводит к этому.

Например, если вы прореагируете оксид меди (I) с горячей разбавленной серной кислотой, вы можете ожидать получения раствора сульфата меди (I) и воды. Фактически вы получаете коричневый осадок меди и синий раствор сульфата меди (II) из-за реакции диспропорционирования.

Стабилизация степени окисления меди (I)

Нерастворимые соединения меди (I)

Мы уже видели, что йодид меди (I) образуется в виде осадка не совсем белого цвета, если вы добавляете раствор йодида калия к раствору, содержащему ионы меди (II).Иодид меди (I) практически не растворяется в воде, поэтому реакции диспропорционирования не происходит.

Аналогичным образом хлорид меди (I) может быть получен в виде белого осадка (реакция описана ниже). Если его отделить от раствора и как можно быстрее высушить, он останется белым. Однако при контакте с водой она медленно становится синей по мере образования ионов меди (II).

Реакция диспропорционирования происходит только с простыми ионами меди (I) в растворе.

Комплексы меди (I)

Образование комплексов меди (I) (кроме комплекса с водой в качестве лиганда) также стабилизирует степень окисления меди (I).

Например, оба [Cu (NH 3 ) 2 ] + и [CuCl 2 ] представляют собой комплексы меди (I), которые не являются диспропорционирующими.

Хлорсодержащий комплекс образуется при растворении оксида меди (I) в концентрированной соляной кислоте.

Вы можете представить себе это в двух стадиях. Сначала получается хлорид меди (I):

Но в присутствии избытка хлорид-ионов из HCl он реагирует с образованием стабильного растворимого комплекса меди (I).

Вы можете получить белый осадок хлорида меди (I) (упомянутый выше), добавив к этому раствору воду. Это полностью изменяет последнюю реакцию, удаляя лишний хлорид-ион.

.

Степени окисления (степени окисления)

 

Использование степеней окисления для определения того, что было окислено, а что восстановлено

Это наиболее распространенное использование степеней окисления.

Помните:

Окисление связано с увеличением степени окисления

Восстановление включает снижение степени окисления

В каждом из следующих примеров мы должны решить, включает ли реакция окислительно-восстановительный потенциал, и если да, то что было окислено, а что восстановлено.

Пример 1:

Это реакция между магнием и соляной кислотой или газообразным хлористым водородом:

Изменилась ли степень окисления чего-либо? Да, есть — у вас есть два элемента, которые находятся в соединениях с одной стороны уравнения и как несоединенные элементы с другой. Чтобы быть уверенным, проверьте все степени окисления :.

Степень окисления магния увеличилась — он окислился. Степень окисления водорода упала — она ​​уменьшилась.Хлор находится в одной и той же степени окисления по обе стороны уравнения — он не был окислен или восстановлен.

Пример 2:

Реакция между гидроксидом натрия и соляной кислотой:

Проверка всех степеней окисления:

Ничего не изменилось. Это не окислительно-восстановительная реакция.

Пример 3:

Это подлый! Реакция между хлором и холодным разбавленным раствором гидроксида натрия:

Очевидно, что хлор изменил степень окисления, потому что он попал в соединения, начиная с исходного элемента.Проверка всех степеней окисления показывает:

Хлор только вещь, чтобы изменить степень окисления. Он был окислен или восстановлен? Да! Обе! Один атом был восстановлен, потому что его степень окисления упала. Другой был окислен.

Это хороший пример реакции диспропорционирования . Реакция диспропорционирования — это реакция, в которой одно вещество одновременно окисляется и восстанавливается.

 

Использование степеней окисления для определения окислителя и восстановителя

Это лишь незначительное дополнение к последнему разделу.Если вы знаете, что было окислено, а что восстановлено, вы можете легко определить, что такое окислитель и восстановитель.

Пример 1

Это реакция между ионами хрома (III) и металлическим цинком:

Степень окисления хрома изменилась с +3 до +2, и поэтому он был восстановлен. Цинк перешел от нулевой степени окисления в элементе до +2. Он окислился.

Итак, что делает сокращение? Это цинк — цинк отдает электроны ионам хрома (III).Итак, цинк — это восстановитель.

Точно так же вы можете определить, что окислителем должны быть ионы хрома (III), потому что они отбирают электроны у цинка.

Пример 2

Это уравнение реакции между ионами манганата (VII) и ионами железа (II) в кислых условиях. Это прорабатывается далее на странице.

Если взглянуть быстро, становится очевидным, что ионы железа (II) окислены до ионов железа (III).Каждый из них потерял электрон, а их степень окисления увеличилась с +2 до +3.

Водород все еще находится в степени окисления +1 до и после реакции, но ионы манганата (VII) явно изменились. Если определить степень окисления марганца, то она упала с +7 до +2 — снижение.

Итак, ионы железа (II) окислены, а ионы манганата (VII) восстановлены.

Что восстановило ионы манганата (VII) — ясно, что это ионы железа (II).Железо — единственное, что имеет измененную степень окисления. Итак, ионы железа (II) являются восстановителем.

Точно так же ионы манганата (VII) должны быть окислителем.

 

Использование степеней окисления для определения реакционных соотношений

Это иногда полезно, когда вам нужно разработать реакционные пропорции для использования в реакциях титрования, где у вас недостаточно информации, чтобы разработать полное ионное уравнение.

Помните, что каждый раз, когда степень окисления изменяется на одну единицу, переносится один электрон. Если степень окисления одного вещества в реакции падает на 2, это означает, что оно приобрело 2 электрона.

Что-то еще в реакции должно терять эти электроны. Любое снижение степени окисления одним веществом должно сопровождаться повышением такой же степени окисления другим веществом.

 

Этот пример основан на информации из старого вопроса AQA уровня A.

Ионы, содержащие церий в степени окисления +4, являются окислителями. (Они сложнее, чем просто Ce 4+ .) Они могут окислять ионы, содержащие молибден, от степени окисления +2 до +6 (от Mo 2+ до MoO 4 2- ). При этом церий восстанавливается до степени окисления +3 (Ce 3+ ). Какие пропорции реагирования?

Степень окисления молибдена увеличивается на 4. Это означает, что степень окисления церия должна снизиться на 4 для компенсации.

Но степень окисления церия в каждом из его ионов падает только с +4 до +3, то есть на 1. Таким образом, очевидно, что на каждый ион молибдена должно приходиться 4 иона церия.

Процент реагентов: 4 церийсодержащих иона на 1 ион молибдена.

 

Или, если взять более общий пример, включающий ионы железа (II) и ионы манганата (VII). . .

Раствор манганата калия (VII), KMnO 4 , подкисленный разбавленной серной кислотой, окисляет ионы железа (II) до ионов железа (III).При этом ионы манганата (VII) восстанавливаются до ионов марганца (II). Используйте степени окисления, чтобы составить уравнение реакции.

Степень окисления марганца в ионе манганата (VII) +7. Название говорит вам об этом, но попробуйте еще раз для практики!

При переходе к ионам марганца (II) степень окисления марганца снизилась на 5. Каждый ион железа (II), который вступает в реакцию, увеличивает степень окисления на 1. Это означает, что должно быть пять ионов железа (II), реагирующих на каждый ион манганата (VII).

Таким образом, левая часть уравнения будет: MnO 4 + 5Fe 2+ +?

Правая часть будет: Mn 2+ + 5Fe 3+ +?

После этого вам придется гадать, как уравновесить оставшиеся атомы и заряды. В этом случае, например, весьма вероятно, что кислород попадет в воду. Это означает, что вам откуда-то нужен водород.

Это не проблема, потому что реакция протекает в растворе кислоты, поэтому водород вполне может происходить из ионов водорода.

В конечном итоге вы получите это:

Лично я предпочел бы выводить эти уравнения из электронных полууравнений!

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments