1.4.8 Реакции окислительно-восстановительные. Коррозия металлов и способы защиты от неё
Видеоурок: Окислительно-восстановительные реакции
Лекция: Реакции окислительно-восстановительные. Коррозия металлов и способы защиты от неё
Реакции окислительно-восстановительные
Наиболее распространенными среди химических реакций являются окислительно – восстановительные. Без них не была бы возможна сама жизнь, поскольку дыхание, обмен веществ, нервная деятельность и многие другие процессы являются окислительно – восстановительными. Важнейшие процессы на планете, а именно круговороты веществ сопровождаются данным типом реакций. В быту мы часто пользуемся данными реакциями, к примеру, для отбеливания и дезинфекции. Важнейшее значение окислительно – восстановительные реакции играют в промышленности, в частности металлургии. Как вам известно, металлы в природе встречаются в виде руды. И восстановление металлов из руды происходит как раз с помощью данных реакций. Также с помощью них получают лекарственные препараты. Значение окислительно – восстановительных реакций очень велико.
Прежде чем перейти к изучению сущности окислительно – восстановительных реакций вспомните, что такое степень окисления. Окислительно – восстановительные реакции в обязательном порядке протекают с изменением степени окисления элементов. К данному типу реакции можно отнести все химические реакции замещения, а также реакции соединения, разложения, в которых обязательно принимает участие одно какое - либо простое вещество. Все химические реакции обмена протекают без изменения степени окисления.Окисление - это определенный процесс отдачи электронов, приводящий к повышению степени окисления.
Химические вещества, атомы или ионы которых отдают электроны, именуют восстановителями. При отдаче электронов они окисляются, а их степень окисления повышается.
Например: H20 - 2ē → 2H+; Fe+2 - ē → Fe+3.
Типичные окислители:
Галогены | |
Перманганат калия | KMnO4 |
Манганат калия | K2MnO4 |
Оксид марганца (IV) | MnO2 |
Дихромат калия | K2Cr2O7 |
Хромат калия | K2CrO4 |
Азотная кислота | HNO3 |
Серная кислота | H2SO4 (конц) |
Оксид меди(II) | CuO |
Оксид свинца(IV) | PbO2 |
Оксид серебра | Ag2O |
Пероксид водорода | H2O2 |
Хлорид железа(III) | FeCl3 |
Бертоллетова соль | KClO3 |
Анод при электролизе |
Данный процесс всегда приводит к понижению степени окисления. Вещества, атомы или ионы которых присоединяют электроны, именуют окислителями. Окислитель, при присоединении электронов, восстанавливается. Количество электронов, отданных восстановителем, всегда равно числу электронов, которые принял окислитель.
Например: S0 + 2ē → S-2; Mn+4 + 2ē → Mn+2.
Типичные восстановители:
Металлы | |
Водород | Н |
Уголь | С |
Оксид углерода (II) | CO |
Сероводород | H2S |
Оксид серы (IV) | SO2 |
Сернистая кислота и ее соли | H2SO3 |
Катионы металлов в низших степенях окисления | SnCl2, FeCl2, MnSO4, Cr2(SO4)3 |
Азотистая кислота | HNO2 |
Аммиак | NH3 |
Оксид азота(II) | NO |
Катод при электролизе |
В каких случаях вещество проявит себя окислителем, а в каких восстановителем? Для того, чтобы понять это, необходимо обратиться к Периодической таблице. При движении по таблице слева направо окислительные свойства веществ увеличиваются, а восстановительные уменьшаются и наоборот. А при движении сверху вниз увеличиваются восстановительные и уменьшаются окислительные свойства.
Есть и другой способ определения свойств вещества. Обращайте внимание на количество электронов внешнего энергетического уровня. Если в нем 1,2,3 или 4 электрона, то это восстановитель, он отдает свои электроны, а если 5,6,7 электронов – окислитель, который принимает чужие электроны.
По – разному ведут себя элементы в разных степенях окисления. Только окислителями являются элементы с высшей степенью окисления. Только восстановителями, элементы в низшей степени окисления. Возьмём, к примеру, соединения азота: HN+5O3 – окислитель; N-3Н3 – восстановитель.
Вещества, содержащие атомы в промежуточных положительных степенях окисления, могут и отдавать, и принимать электроны. Поэтому они являются восстановителями при действии более сильного окислителя, а окислителями становятся при действии более активного восстановителя. Сюда можно отнести KNO2, SO2, H2O2, Na2SO3.
Таким образом, вещества по окислительно-восстановительным свойствам подразделяются на:
- окислители;
- восстановители;
- окислители – восстановители.
Коррозия металлов и способы защиты от неё
Коррозия – процесс окислительно – восстановительный. По механизму протекания различают два типа коррозии:
химическую,
электрохимическую.
Химическая обусловлена взаимодействием металлов с газами или жидкостями при высокой t. Наиболее сильный газовый окислитель – это кислород. Рассмотрим химическую коррозию железа. При взаимодействии кислорода с поверхностью железа образуется оксидная пленка – ржавчина:
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (FeO•Fe2O3)
Образовавшаяся рыхлая оксидная пленка легко пропускает газы и влагу, что способствует дальнейшей коррозии. Уравнение реакции коррозии железа в присутствии влаги выглядит так:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
Электрохимическая коррозия – это разрушение металла в среде электролита с возникновением электрического тока. Начинается данный процесс с образованием гальванических (коррозийных) элементов при соприкосновении двух металлов, один из которых анод, а второй катод.
Данный тип коррозии отличен тем, что проходит в токопроводящей среде, под воздействием таких компонентов окружающей среды, как Н+, ОН-, О2, Cl-, Na+. Электрохимической коррозии подвергаются металлы в грунте, подводные части судов, трубопроводы и др. В результате образуется ржавчина различной окраски. Какие именно окисли металла образуются зависит от давления, температуры, влажности, длительности процесса.Рассмотрим пример электрохимической коррозии на паре железо – медь. В любой паре разрушается металл, находящийся левее в ряду напряженности металлов. В названной паре левее расположено железо, оно и разрушается. А медь в данном случае не корродирует. А в паре железо – цинк, разрушается цинк, поскольку он имеет больший отрицательный потенциал. Поэтому цинк может защитить железо от коррозии.
Коррозия приносит существенный вред человеку. И он всегда боролся с ней. Существует несколько методов, для защиты металлов от воздействия коррозии:Использование специальных защитных покрытий – изделие сверху покрывают другим металлом. То есть производят никелирование, хромирование или лужение. Металлические изделия обрабатывают лаками, красками, или эмалями.
Использование легированных сплавов, обладающих стойкостью к коррозии.
Применение электрохимической защиты металлических предметов. Это использование заклёпок, изготовленных из активного металла; прикрепление специальных пластин, изготовленных из более активного металла; нейтрализация тока, который возникает при коррозии, пропускаемый в обратном направлении.
Так же можно изменить состав среды (например, добавить ингибиторы).
Заменить коррозирующий металл, на какие - либо другие материалы. Например, на керамику, или пластмассу.
Отшлифовать поверхности изделия, поддающегося коррозии.
| Предыдущий урок | Следующий урок |
Оставить комментарий