Ржавеет ли железо. Почему одно железо не ржавеет, а другое ржавеет? Другие причины коррозии металла

МОУ Средняя общеобразовательная школа п. Новопавловка

Петровск-Забайкальского района Забайкальского края

Исследовательская работа по теме:

Почему вода ржавая?

Работу выполнил ученик 2-А класса

Ионинский Дмитрий,

п. Новопавловка

ВВЕДЕНИЕ

Я заметил, что если некоторое время не откачивать воду из скважины, то она становится желтоватого цвета. Мне стало интересно, а почему вода желтеет? От папы я узнал, что это ржавчина.

Цель работы : узнать, почему ржавчина образуется на железе, в каких растворах образуется ржавчина и выяснить методы защиты от ржавчины.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач :

· Узнать, что такое ржавчина, почему она возникает (теоретически).

· Путем опыта получить в домашних условиях ржавчину на железных гвоздях в различных средах.

· Проанализировать и сравнить результаты наблюдений данного эксперимента и сделать выводы.

Объект исследования : железный гвоздь в пробирках с различными растворами.

Методы исследования :

· изучение литературы;

· наблюдения;

· анализ полученных данных;

· обобщение.

Я выдвигаю гипотезу: железо разрушается, то есть ржавеет, в любых растворах.

Чтобы провести данное исследование, мы с учителем Людмилой Сергеевной, изучили специальную литературу (авторы указаны в списке литературы). При участии моей семьи я ставил опыты, наблюдал, анализировал и делал выводы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Теоретическая часть

Что такое ржавчина

Первоначально я прочитал в толковом словаре Ожегова что такое ржавчина?

РЖА́ВЧИНА, - ы, ж.

1. Красно-бурый налёт на железе, образующийся вследствие окисления и ведущий к разрушению металла, а также след на чём-н. от такого налёта. В душе появилась какая-то р. (перен.: что-то разъедающее, мучащее).

2. Бурая плёнка на болотной воде.

Jpg" width="252" height="237">

Ржавчина возникает при взаимодействии атмосферы с железом. Процесс её образования называется ржавлением или коррозией. Корро́зия - это самопроизвольное разрушение металлов в результате взаимодействия с окружающей средой. Процесс ржавления железа начинается только при наличии в воздухе влаги. При попадании на поверхность изделия из железа капли воды, спустя некоторое время, можно заметить изменение её цвета. Капля становится мутной и постепенно окрашивается в бурый цвет. Это свидетельствует о появлении, в месте контакта воды с поверхностью, продуктов коррозии железа.

Роль металлов в жизнедеятельности человека

В повседневной жизни металлы применяются повсюду. Мы живем в мире металлов. Дома, на улице, в автобусе – всюду нас окружают металлические предметы. Без них мы просто не мыслим свою жизнь.

Железо – химический элемент, серебристо – белый металл. В чистом виде практически не применяется из-за своей небольшой прочности. Как правило, используют сплавы на основе железа – сталь и чугун.

Сталь – это самый важный вид железных сплавов. От чистого железа его отличает содержание углерода, меньше 2%, но именно эта незначительная добавка придает сплаву твердость, которой нет у железа. От того, сколько в стране выплавляется стали в расчёте на душу населения, в огромной степени зависит технический и экономический уровень развития государства.

Алюминий используется в самолетостроении, потому что он очень прочный и легкий. В отличие от железа алюминий не боится влаги и не ржавеет, поэтому изделия из него не нуждаются в защитных покрытиях.

Цинк служит добавкой к меди, но часто его применяют и в чистом виде. У цинка хорошие литейные качества, поэтому из него отливают детали для различных машин. Обычно мы замечаем этот голубовато – белый металл с характерным пятнистым узором на новых водосточных трубах и металлических ведрах. Все эти изделия изготовлены из так называемого кровельного железа - мягкой листовой стали, покрытой тонким слоем цинка. Он предохраняет основной металл от ржавчины. Такое железо называется оцинкованным.

Медь очень пластична и она лучше других металлов (за исключением драгоценного серебра) проводит электрический ток. Эти качества позволяют использовать её в электрических проводах. Здесь она считается металлом номер один.

Серебро . Древние литейщики, кузнецы и ювелиры ценили этот металл за мягкость и податливость в обработке. Со времен Древней Греции и вплоть до начала нынешнего века большая часть добываемого серебра шла на чеканку монет, а остальная на изготовление ювелирных изделий, столовых приборов и посуды. Сегодня серебро ценится ещё за то, что оно лучше любого металла проводит электрический ток. Поэтому его широко применяют в электротехнике . Немало серебра идет на изготовление аккумуляторов, но ещё больше - на производство фото - и киноматериалов. Есть у металла ещё одно достоинство: оно убивает болезнетворные микробы. Поэтому на его основе готовят лекарственные препараты, которыми промывают гнойные раны, для заживления небольших ран к телу прикладывают бактерицидную бумагу, пропитанную соединениями серебра. Так же серебро применяют на зеркальных фабриках.

Больше всего от коррозии страдают сплавы на основе железа. «Ржа ест железо»- поговорка старая, но точная. Около 10% добытого металла теряется безвозвратно. За коррозией наступает эрозия - разрушение металлических изделий. После чего металл уже не пригоден. И все-таки 2/3 металлов возвращается в производство после переплавки в мартеновских печах. Вот почему важно собирать металлолом.

Я решил провести опыты с железными гвоздями, помещая их в различные среды.

Практическая часть

ОПЫТ 1. «В какой воде металлы ржавеют быстрее всего»

Цель опыта : выяснить, в какой воде железо ржавеет быстрее всего

Я взял воду из 4-х источников (из скважины, из речки, дистиллированную, снег) и положил в неё одинаковые железные гвозди. Банки с водой находились в одинаковых условиях. Через 2 дня вода пожелтела, через неделю на гвоздях появилась ржавчина, через месяц слой ржавчины значительно вырос. Ржавчина образовалась на всех гвоздях независимо от того в воде из какого источника они находились.

Вывод : ржавчина образуется на железе в любой воде.

ОПЫТ 2. «В какой среде металлы ржавеют быстрее всего»

Цель опыта : выяснить, в какой среде железо ржавеет быстрее всего

Я решил выяснить, в какой среде железо ржавеет быстрее всего. Для этого взял 4 банки воды из скважины. В первую добавил соль, во вторую – сахар, в третью – соду, в четвертую – уксус. В каждую, банку опустил железный гвоздь.

Через 2 дня :

· в воде с солью появился небольшой желтый осадок, сам раствор остался прозрачным;

· раствор с сахаром пожелтел;

· раствор с уксусом прозрачный на стенках банки пузырьки.

Через месяц :

· в воде с солью появился слой ржавчины и кристаллы соли на гвозде;

· раствор с сахаром посветлел, ржавчины нет;

· в воде с содой изменений не произошло;

· раствор уксуса темно-коричневый, на дне банки частички гвоздя.

Вывод : ржавчина не образуется в щелочной среде; в кислой среде железо разрушается.

ОПЫТ 3. «Как различные металлы противостоят коррозии»

Цель опыта : выяснить, образуется ли ржавчина на других металлах

Мне захотелось выяснить, образуется ли ржавчина на других металлах. Я взял 4 разных металла (медь, алюминий, цинк, железо) и опустил их в воду. Отдельно положил в воду окрашенный железный гвоздь. Уже через 2 дня вода с железом стала ржавой, а на остальных металлах ржавчина не образовалась даже через месяц. Вода с окрашенным гвоздем не заржавела.

Вывод : ржавчина образуется только при взаимодействии воды с железом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе своего исследования я попытался выяснить, почему ржавчина образуется на железе, в каких растворах образуется ржавчина и выяснить методы защиты от ржавчины. На примере исследования видно, что вода является благоприятной средой для возникновения ржавчины, не зависимо от того из какого источника она берется. Щелочная среда благоприятна для предохранения железа от ржавчины. В кислой среде железо разрушается более быстро. Железо можно сохранить, если не допустить его соприкосновения с водой, для этого необходимо проводить окрашивание.

СПИСОК ИСПОЛЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

2. Большая энциклопедия «Почемучек».- М.: «РОСМЭН», 2006

3. Я познаю мир. АСТ», 1999

Почему ржавеет железо?

Если оставить какой-то железный предмет в сыром и влажном месте на несколько дней, он покроется ржавчиной, как если бы его покрасили красноватой краской.

Что такое ржавчина? Почему она образуется на железных и стальных предметах? Ржавчина - это окись железа. Она образуется в результате «сгорания» железа при соединении с кислородом, растворенным в воде.

Это значит, что при отсутствии в воздухе влаги и воды вообще отсутствует растворенный в воде кислород и ржавчина не образуется.

Если капля дождя попадает на блестящую железную поверхность, она остается прозрачной в течение короткого периода времени. Железо и кислород, находящийся в воде, начинают взаимодействовать и образуют окись, то есть ржавчину, внутри капли. Вода становится красноватой, и ржавчина плавает в воде в виде мелких частиц. Когда капля испарится, остается ржавчина, образуя красноватый слой на поверхности железа.

Если уж ржавчина появилась, она будет расти и в сухом воздухе. Это происходит потому, что пористое пятно ржавчины поглощает влагу, содержащуюся в воздухе, - она притягивает и удерживает ее. Вот почему легче предупредить ржавчину, чем остановить ее, когда она появилась. Проблема предупреждения ржавчины очень важна, так как изделия из железа и стали должны долго храниться. Иногда их покрывают слоем краски или пластмассы. А что бы ты сделал, чтобы предохранить от ржавчины боевые корабли, когда они не используются? Эта проблема решена с помощью поглотителей влажности. Такие механизмы заменяют влажный воздух в отсеках на сухой. Ржавчина в таких условиях появиться не может!

Думаете, что ржавчина - это проблема владельцев 15-летних "Жигулей"? Увы, рыжими пятнами покрываются и гарантийные авто, даже если кузов оцинкован. Разбираемся, как правильно ухаживать за металлом и можно ли защитить его от коррозии раз и навсегда.

Что такое кузов? Конструкция из тонкого листового металла, причем разных сплавов и со множеством сварных соединений. И еще не нужно забывать о том, что кузов используется как «минус» для бортовой сети, то есть постоянно проводит ток. Да он просто обязан ржаветь! Попробуем разобраться, что же происходит с кузовом машины и как с этим бороться.

Что такое ржавчина?

Коррозия железа или стали - процесс окисления металла кислородом в присутствии воды. На выходе получается гидратированный оксид железа - рыхлый порошок, который мы все называем ржавчиной.

Разрушения автомобильного кузова относят к классическим примерам электрохимической коррозии. Но вода и воздух - это лишь часть проблемы. Помимо обычных химических процессов важную роль в нем играют гальванические пары, возникающие между электрохимически неоднородными парами поверхностей.

Уже вижу, как на лицах читателей-гуманитариев возникает скучающее выражение. Не пугайтесь термина «гальваническая пара» - мы не на лекции по химии и сложных формул приводить не будем. Эта самая пара в частном случае - всего лишь соединение двух металлов.

Металлы, они почти как люди. Не любят, когда к ним прижимается кто-то чужой. Представьте себя в автобусе. К вам прижался помятый мужчина, вчера отмечавший с друзьями какой-нибудь День монтажника-высотника. Вот это в химии называется недопустимой гальванической парой. Алюминий и медь, никель и серебро, магний и сталь… Это «заклятые враги», которые в тесном электрическом соединении очень быстро «сожрут» друг друга.

Вообще-то, ни один металл долго не выдерживает близкого контакта с чужаком. Сами подумайте: даже если к вам прижалась фигуристая блондинка (или стройная шатенка, по вкусу), то первое время будет приятно… Но не будешь же так стоять всю жизнь. Особенно под дождем. Причем тут дождь? Сейчас все станет понятно.

В автомобиле очень много мест, где образуются гальванические пары. Не недопустимые, а «обычные». Точки сварки, кузовные панели из разного металла, различные крепежные элементы и агрегаты, даже разные точки одной пластины с разной механической обработкой поверхности. Между ними всеми постоянно есть разность потенциалов, а значит, в присутствии электролита будет и коррозия.

Стоп, а что такое электролит? Пытливый автомобилист вспомнит, что это некая едкая жидкость, которую заливают в аккумуляторы. И будет прав лишь отчасти. Электролит - это вообще любая субстанция, проводящая ток. В аккумулятор заливают слабый раствор кислоты, но не обязательно поливать машину кислотой, чтобы ускорить коррозию. С функциями электролита прекрасно справляется обычная вода. В чистом (дистиллированном) виде она электролитом не является, но в природе чистой воды не встречается…

Таким образом, в каждой образовавшейся гальванической паре под воздействием воды начинается разрушение металла на стороне анода - положительно заряженной стороны. Как победить этот процесс? Запретить металлам корродировать друг от друга мы не можем, но зато можем исключить из этой системы электролит. Без него «допустимые» гальванические пары могут существовать долго. Дольше, чем служит автомобиль.

Как с ржавчиной борются производители?

Самый простой способ защиты - покрыть поверхность металла пленкой, через которую электролит не проникнет. А если еще и металл будет хорошим, с низким содержанием примесей, способствующим коррозии (например серы), то результат получится вполне достойным.

Но не воспринимайте слова буквально. Пленка - это необязательно полиэтилен. Самый распространенный вид защитной пленки - краска и грунт. Также ее можно создать из фосфатов металла, обработав поверхность фосфатирующим раствором. Входящие в его состав фосфоросодержащие кислоты окислят верхний слой металла, создав очень прочную и тонкую пленку.

Прикрыв фосфатную пленку слоями грунта и краски можно защитить кузов машины на долгие годы, именно по такому «рецепту» готовили кузова на протяжении десятков лет, и, как видите, довольно успешно - многие машины производства пятидесятых-шестидесятых годов смогли сохраниться до наших времен.

Но далеко не все, ведь со временем краска склонна к растрескиванию. Сначала не выдерживают внешние слои, потом трещины добираются до металла и фосфатной пленки. А при авариях и последующем ремонте покрытия часто наносят, не соблюдая абсолютной чистоты поверхности, оставляя на ней маленькие точки коррозии, которые всегда содержат в себе немного влаги. И под пленкой краски начинает появляться новый очаг разрушения.

Можно улучшать качество покрытия, применять все более эластичные краски, слой которых может быть чуть надежнее. Можно покрыть пластиковой пленкой. Но есть лучшая технология. Покрытие стали тонким слоем металла, имеющего более стойкую оксидную пленку, использовалось давно. Так называемая белая жесть - листовая сталь, покрытая тонким слоем олова, знакома всем, кто хоть раз в жизни видел консервную банку.

Олово для покрытия кузовов машин уже давно не применяют, хотя байки про луженые кузова ходят. Это отголосок технологии выправления брака при штамповке горячими припоями, когда часть поверхности вручную покрывали толстым слоем олова, и иногда самые сложные и важные части кузова машины и правда оказывались неплохо защищены.

Современные покрытия для предотвращения коррозии наносятся в заводских условиях до штамповки кузовных панелей, и в качестве «спасателей» используется цинк или алюминий. Оба этих металла, помимо наличия прочной оксидной пленки, обладают еще одним ценным качеством - меньшей электроотрицательностью. В уже упомянутой гальванической паре, которая образуется после разрушения внешней пленки краски, они, а не сталь будут играть роль анода, и, пока на панели остается немного алюминия или цинка, разрушаться будут именно они. Этим их свойством можно воспользоваться иначе, просто добавив немного порошка таких металлов в грунт, которым покрывают металл, что даст кузовной панели дополнительный шанс на долгую жизнь.

В некоторых отраслях промышленности, когда стоит задача защитить металл, применяют и другие технологии. Серьезные металлоконструкции могут быть оборудованы и специальными пластинами-протекторами из алюминия и цинка, которые можно менять со временем, и даже системами электрохимической защиты. С помощью источника напряжения такая система переносит анод на какие-то части конструкции, не являющиеся несущими. На автомобилях подобные вещи не встречаются.

Многослойный бутерброд, состоящий из слоя фосфатов на поверхности стали или цинка, слоя цинка или алюминия, антикоррозийного грунта с цинком и нескольких слоев краски и лака, даже в очень агрессивной внешней среде вроде обычного городского воздуха с влагой, грязью и солью позволяет сохранить кузовные панели на десяток-другой лет.

В местах, где слой краски легко повреждается (например на днище) используют толстые слои герметиков и мастики, которые дополнительно защищают поверхность краски. Мы привыкли называть это «антикором». Дополнительно во внутренние полости закачивают составы на основе парафина и масел, их задача вытеснять влагу с поверхностей, тем самым еще улучшая защиту.

Ни один из способов по одиночке не дает стопроцентной защиты, но все вместе они позволяют производителям давать восьми-десятилетнюю гарантию на отсутствие сквозной коррозии кузова. Однако нужно помнить, что коррозия подобна смерти. Ее приход можно замедлить или отложить, но нельзя исключить совсем. В общем, что мы говорим ржавчине? Правильно: «Не сегодня». Или, перефразируя современного классика, «не в этом году».

<a href=»http://polldaddy.com/poll/8389175/»>Приходилось ли бороться с ржавчиной на кузове?</a>

Если оставить какой-то железный предмет в сыром и влажном месте на несколько дней, он покроется ржавчиной, как если бы его покрасили красноватой краской.

Что такое ржавчина? Почему она образуется на железных и стальных предметах? Ржавчина - это окись железа. Она образуется в результате «сгорания» железа при соединении с кислородом, растворенным в воде.

Это значит, что при отсутствии в воздухе влаги и воды вообще отсутствует растворенный в воде кислород и ржавчина не образуется.

Если капля дождя попадает на блестящую железную поверхность, она остается прозрачной в течение короткого периода времени. Железо и кислород, находящийся в воде, начинают взаимодействовать и образуют окись, то есть ржавчину, внутри капли. Вода становится красноватой, и ржавчина плавает в воде в виде мелких частиц. Когда капля испарится, остается ржавчина, образуя красноватый слой на поверхности железа.

Если уж ржавчина появилась, она будет расти и в сухом воздухе. Это происходит потому, что пористое пятно ржавчины поглощает влагу, содержащуюся в воздухе, - она притягивает и удерживает ее. Вот почему легче предупредить ржавчину, чем остановить ее, когда она появилась. Проблема предупреждения ржавчины очень важна, так как изделия из железа и стали должны долго храниться. Иногда их покрывают слоем краски или пластмассы. А что бы ты сделал, чтобы предохранить от ржавчины боевые корабли, когда они не используются? Эта проблема решена с помощью поглотителей влажности. Такие механизмы заменяют влажный воздух в отсеках на сухой. Ржавчина в таких условиях появиться не может!

Я решила покататься в этом году на коньках. Достала из шкафа и увидела, что лезвие коньков покрыто каким-то красно-коричневым налётом. Я сначала расстроилась, так как коньки мои испорчены и на них, наверное, нельзя больше кататься.

Вечером мама пришла с работы, и я рассказала ей о своей беде. Мама успокоила меня и объяснила, что лезвие коньков сделаны из железа. А оно иногда покрывается ржавчиной, если на железо попадает влага.

Мне стало интересно:

-Что такое ржавчина?

-Откуда она берётся?

-Другие материалы, кроме железа тоже ржавеют?

Я подумала, возможно, ржавчина - это какая-либо краска красно-коричневого цвета, которая со временем покрывает все материалы. Чтобы проверить свои предположения, я решила провести несколько опытов.

1. Я взяла кусочек дерева, железа, пластмассы, стекла, ткани и намочила их водой. Через два дня я обнаружила, что с кусочков ткани, дерева, пластмассы, стекла вода испарилась и ржавчиной они не покрылись. А на поверхности кусочка железа появился налёт красно-коричневого цвета.

Значит можно сделать вывод:

Неметаллические предметы - из дерева, пластмассы, стекла, ткани не ржавеют, а металлические - ржавеют.

Тогда у меня возник другой вопрос:

-Все ли металлы имеют свойство ржаветь?

Папа мне принёс кусочки меди, алюминия, железа, чугуна.

Я предположила, что все металлы ржавеют. Чтобы проверить данную гипотезу, я провела такой опыт:

2. Я взяла кусочки меди, алюминия, железа, чугуна намочила водой и наблюдала за ними несколько дней. Я увидела, что поверхность железа и чугуна покрылась ржавчиной, а поверхность меди и алюминия не заржавела.

Поэтому я пришла к такому выводу:

Не все металлы подвергаются ржавчине. Железо и чугун - ржавеют, а медь и алюминий - не ржавеют.

А интересно только ли от воды ржавеет железо или это могут быть другие жидкости?

3. Я предположила, что не только от воды. Чтобы подтвердить или опровергнуть своё предположение я взяла: одеколон, ацетон, растительное масло, бензин и четыре одинаковых кусочка железа. Всё намочила указанными жидкостями. Наблюдала за этим процессом несколько дней.

В результате я увидела, что кусочки смазанные маслом, бензином, одеколоном, ацетоном - не заржавели. Значит, от других жидкостей железо не ржавеет.

Так что же такое ржавчина?

Учитель химии мне объяснила, что ржавчина - это гид роксид железа три. Она мне рассказала, что железо, находясь на открытом воздухе, быстро ржавеет. Ещё быстрее это происходит, если оно контактирует с водой. Железо и кислород, находящийся в воде начинают взаимодействовать и образуют гидроксид, то есть ржавчину. Вода становится красноватой, и ржавчина плавает в воде в виде мелких частиц. Когда вода испаряется, на поверхности железа остаётся ржавчина, образуя красноватый слой.

В интернете я узнала о способах борьбы с ржавчиной, ведь она разъедает и разрушает железные поверхности. Чтобы избежать этот разрушительный процесс железные поверхности покрывают краской, олифой, эмалью, лаком и другими нержавеющими металлами (хром, цинк).

И я решила в этом убедиться.

4. Я взяла три куска железа: половинку первого - покрасила краской, половинку второго - лаком, с половинки третьего - очистила оцинкованный слой. Я намочила их водой, и стала наблюдать. Через несколько дней я увидела, что те поверхности железа, которые были покрыты лаком, краской, цинком не были подвержены ржавчине, а не покрытые участки заржавели. Я убедилась, что такие способы борьбы с ржавчиной помогают избежать разрушения металлических поверхностей.

Поэтому крыши домов покрывают краской или нержавеющими металлами, ванные и металлическую посуду покрывают эмалью, стиральные машины и холодильники делают из нержавеющих металлов; легковые и грузовые машины красят краской и лаком.

Вывод:

В результате исследовательской работы я узнала, что такое ржавчина, откуда она берётся, и какие способы покрытия применяют, чтобы избежать разрушения и сохранить первоначальный вид железных поверхностей.

Мой совет взрослым и детям: когда закончится зима коньки протрите, смажьте машинным маслом лезвия, аккуратно заверните бумагой и уберите в шкаф. Так можно надолго сохранить лезвия коньков и насладиться прелестью катания в следующем году!