Номенклатура солей

 

1.	Коровин Н. В. Общая химия [Текст] / Н.В. Коровин – М.: Высшая школа, 2003 г. – 557 с.
2.	Глинка Н. А. Общая химия [Текст] / Глинка Н. А. – Л.: Химия, 1984–1986 гг. – 704 с.
3.	Глинка Н. А. Задачи и упражнения по общей химии [Текст] / Глинка Н. А. – Л.: Химия, 2005 г. – 280 с.
4.	Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия [Текст] / Ахметов Н. С. – М.: Высшая школа, 2001 г. –743 с.
5.	Степнин Б. Д., Цветков А. А.Неорганическая химия [Текст] / Степнин Б. Д., Цветков А. А. – М.: Высшая школа, 1994 г. – 608 с.

 

Номенклатура солей

За сучасною номенклатурою назва солі утворюється із назви катіону (металу чи основного залишку) з зазначенням ступеня окиснення металу, якщо він може бути непостійним і назви аніона (кислотного залишку). Наприклад, СаСO₃ – кальцій карбонат, МgСl₂ – магній хлорид, Сr₂(SO₄)₃ – хром (IIІ) сульфат.

Назви кислих солей утворюються додаванням до назви катіона назви гідроген-аніона, яка вказує на наявність атомів гідрогену в кислотному залишку, при необхідності – з використанням відповідних числівників, які відповідають кількості атомів гідрогену. Наприклад, NаНSO₃ – натрій гідрогенсульфат, Са(Н₂РO₄)₂ – кальцій дигідроген фосфат.

Як уже відмічалось, солі взаємодіють з кислотами і з лугами.

При взаємодії двох розчинних у воді солей утворюються дві нові солі, одна з яких повинна випадати в осад:

Ва(NO₃)₂ + К₂SO₄ = 2KNO₃ + ВаSO₄

Реакція металу з сіллю менш активного металу приводить до утворення іншої солі і витіснення менш активного металу. Вихідна сіль повинна бути розчинною у воді, а метал – знаходитись в ряду стандартних електронних потенціалів ліворуч металу, що витісняється із солі:

Fе + СuSO₄ = FеSO₄ + Сu

Середні солі можна отримати багатьма способами. Наприклад:

СаО + Н₂SO₄ = СаSO₄ + Н₂O

СаО + СO₂ = CаСO₃

Р₂O₅ + 6NаОН = 2Nа₃РO4 + 3Н₂O

Zn(ОН)₂ + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + 3Н₂O

Ва(ОН)₂ + К₂СO₃ = ВаСO₃ + 2КОН

Мg + 2НСl = МgСl₂ + Н₂

Н₂SO₄ + ВаСl₂ = ВаSO₄ + 2НСl

Рb(NО₃)₂ + Na₂SO₄ = РbSO₄ + 2NaNO₃

Сu + 2АgNO₃ = 2Аg + Сu(NO₃)₂

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Кислі солі можна отримати таким чином:

При взаємодії основ з надлишком кислоти:

NaОН + Н₃РO₄ = NаН₂PО₄ + Н₂O

При взаємодії середньої солі з кислотою:

Na₃РO₄ + 2Н₃РO₄ = 3NaН₂РO₄

Основні солі можна отримати таким чином:

При взаємодії з надлишком основи:

Н₂SO₄ + 2Сu(ОН)₂ = (СuОН)₂SO₄ + 2Н₂O

При взаємодії середньої солі з недостачею лугу:

2СuSO₄ + 2NаОН = (СuОН)₂SO₄ + Nа₂SO₄

Перетворення кислих і основних солей в середні відбувається:

при дії лугу на кислу сіль: NаНSO₃ + NaОН = Na₂SO₃ +Н₂O

Са(Н₂РO₄)₂ + 2Са(ОН)₂ = Са₃(РO₄)₂ + 4H₂O

при дії кислоти на основну сіль:

(СuОН)₂SO₄ + Н₂SO₄ = 2СuSO₄ + 2H₂O

До небезпечних вантажів відносяться речовини, матеріали, вироби, відходи виробництва і іншої діяльності, які через властиві їм властивості і особливості за наявності певних чинників в процесі перевезення, при виробництві навантажувально-розвантажувальних робіт і зберіганні можуть завдати шкоди природному довкіллю, послужити причиною вибуху, пожежі або ушкодження транспортних засобів, пристроїв, будівель і споруд, а також загибелі, травмування, отруєння, опіків або захворювання людей, тварин і птахів.

Правила, що регламентують вимоги до перевезення усіх категорій небезпечних вантажів, називаються МОПОГ. Складені на підставі Міжнародного кодексу морського перевезення небезпечних вантажів (МКМПОГ), розробленого ІМО.

Є 9 класів небезпечних вантажів. Багато речовин з класів неорганічних сполук відносяться до небезпечних вантажів.

Так Клас 5 – окиснюючі речовини, які здатні легко виділяти кисень, підтримувати горіння, а також можуть, у відповідних умовах або в суміші з іншими речовинами, викликати самозаймання і вибух. Це такі солі, як нітрати, перманганати, пер хлориди, хлорати.

Клас 8 - їдкі і корозійні речовини, які викликають ушкодження шкіри, поразку слизових оболонок очей і дихальних шляхів, корозію металів і ушкодження транспортних засобів, споруд або вантажів, а також можуть викликати пожежу при взаємодії з органічними матеріалами або деякими хімічними речовинами;

- підклас 8.1 -кислоти,

- підклас 8.2 - луги;

- підклас 8.3 - різні їдкі і корозійні речовини.

Правила регламентують вимоги до упаковки і маркування небезпечних вантажів. Для усіх класів небезпечних вантажів, встановлений ярлик небезпеки міжнародного зразка, який наносять на кожне вантажне місце, вказуючи умовним символом вид небезпеки. У алфавітному покажчику Правил пойменовані усі вантажі, що допускаються до перевезення. Вони також містять таблицю сумісності вантажів. Крім того, в МОПОГ обумовлені додаткові питання: технічні умови навантаження, вивантаження, зберігання і укладання небезпечних вантажів, заходи техніки безпеки і першої допомоги при нещасних випадках, міри попередження небезпечних наслідків із-за псування тари і упаковки небезпечних вантажів.

 

Рекомендована література

5. Михайличенко Я.И. Курс общей и неорганической химии. – М., 1965 г..

6. Потапов В.М., Хомченко П.Г. Хімія. – М.: Вища школа, 1987 р.

7. Глінка М.Л. Загальна хімія, Київ, 2001 р.

8. Пилипенко А.Т., Починок В.Я. «Справочник по химии», «Наукова думка», Киев, 1991 р.

 

Лекція 6

Тема: Загальні властивості металів

Мета лекції: Дати поняття про будову металів, знаходження в природі, властивості металів.

Матеріал лекції сприяє формуванню наступних компетенцій: загально-наукові компетентності КЗН-4 (Базові знання фундаментальних наук в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін); Інструментальні компетентності КІ-5 (Усне і письмове спілкування рідною мовою); Системні компетентності (застосувати свої знання на практиці) КС-1

В процесі вивчення теми: «Загальні властивості металів» курсант повинен отримати:

Знання, про:

- положення металів в періодичній система;

- фізичні властивості металів;

- хімічні властивості металів;

- електрохімічний ряд напруг металів;

План лекції:

1. Положення металів в періодичній системі елементів.

2. Фізичні властивості металів.

3. Хімічні властивості металів.

4. Стандартні електродні потенціали металів.

5. Характеристика відновних властивостей металів.

В даний час відомо 110 хімічних елементів, більшість з них - метали. Останні вельми поширені в природі і зустрічаються у вигляді різних з'єднань

в надрах землі, водах річок, озер, морів, океанів, складі тіл тваринних, рослин і навіть в атмосфері.

Метали складають 85 % всіх елементів періодичної системи. Всі s. d. f елементи метали. Із р елементів тільки підгрупа германію (Ge, Sn, Pb) алюмінію (Al, Ga, In, Tl) метали, останні елементи неметали.

По своїх властивостях метали різко відрізняються від неметалів. Вперше цю відмінність металів і неметалів визначив М. В. Ломоносов. «Метали, - писав він, - тіла тверді, ковкі блискучі».

Зарахувавши той або інший елемент до розряду металів, ми маємо на увазі наявність у нього певного комплексу властивостей:

1. Щільна кристалічна структура.

2. Характерний металевий блиск.

3. Висока теплопровідність і електрична провідність.

4. Зменшення електричної провідності із зростанням температури.

5. Низькі значення потенціалу іонізації, тобто здатність легко віддавати електрони.

6. Ковкість та пластичність.

7. Здібність до утворення сплавів.

Всі метали і сплави, вживані в даний час в техніці, можна розділити на дві основні групи. До першої з них відносять чорні метали - залізо і всі його сплави, в яких воно складає основну частину. Цими сплавами є чавуни і стали. В техніці часто використовують так звані леговані сталі. До них відносяться сталі, що містять хром, нікель, вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан і інші метали. Іноді в леговані сталі входять 5-6 різних металів. Методом легування одержують різні цінні сталі, володіючі в одних випадках підвищеною міцністю, в інших - високою опірністю до стирання, в третіх - корозійною стійкістю, тобто здатністю не руйнуватися під дією зовнішнього середовища.

До другої групи відносять кольорові метали і їх сплави. Вони отримали таку назву тому що мають різне забарвлення. Наприклад, мідь світло-червона, нікель, олово, срібло - білі, свинець - голубувато-білий, золото -жовте. Із сплавів в практиці знайшли велике застосування: бронза - сплав міді з оловом і іншими металами, латунь - сплав міді з цинком, бабіт - сплав олова з сурмою і міддю і ін.

Цей розподіл на чорні і кольорові метали умовно.

Разом з чорними і кольоровими металами виділяють ще групу благородних металів: срібло, золото, платину, рутеній і деякі інші. Вони названі так тому що практично не окислюються на повітрі навіть при підвищеній температурі і не руйнуються при дії на них розчинів кислот і лугів.

Фізичні властивості металів

Із зовнішньої сторони метали, як відомо, характеризуються перш за все особливим «металевим блиском», який обумовлюється їх здатністю сильно відображати проміння світла. Проте цей блиск спостерігається звичайно тільки у тому випадку, коли метал утворює суцільну компактну масу. Правда, магній і алюміній зберігають свій блиск, навіть будучи перетвореними на порошок, але більшість металів в мілкоподрібненому вигляді має чорний або темно-сірий колір. Потім типові метали володіють високими тепло- і електропровідністю, причому по здатності проводити тепло і струм розташовуються в одному і тому ж порядку: кращі провідники - срібло і мідь, гірша - свинець і ртуть. З підвищенням температури електропровідність падає, при пониженні температури, навпаки, збільшується.

Дуже важливою властивістю металів є їх порівняно легка механічна деформується. Метали пластичні, вони добре куються, витягуються в дріт, прокочуються в листи і т.п.

Характерні фізичні властивості металів знаходяться у зв'язку з особливостями їх внутрішньої структури. Згідно сучасним переконанням, кристали металів складаються з позитивно заряджених іонів і вільних електронів, що відщепилися від відповідних атомів. Весь кристал можна собі представити у вигляді просторових грат, вузли яких зайняті іонами, а в проміжках між іонами знаходяться легкорухомі електрони. Ці електрони постійно переходять від одних атомів до інших і обертаються навкруги ядра то одного, то іншого атома. Оскільки електрони не пов'язані з певними іонами, то вже під впливом невеликої різниці потенціалів вони починають переміщатися в певному напрямі, тобто виникає електричний струм.

Наявністю вільних електронів обумовлюється і висока теплопровідність металів. Знаходячись в безперервному русі, електрони постійно стикаються з іонами і обмінюються з ними енергією. Тому коливання іонів, що посилилися в даній частині металу унаслідок нагрівання, зараз же передаються сусіднім іонам, від них - наступним і т.д., і тепловий стан металу швидко вирівнюється; вся маса металу приймає однакову температуру.

По густині метали умовно підрозділяються на дві великі групи: легкі метали, густина яких не більше 5 г/см³, і важкі метали - всі інші. Густина, а також температури плавлення деяких металів приведені в таблиці №1.

Таблиця №1

Густина і температура плавлення деяких металів

 

Назва Атомна Густина Температура

вага г/см³ плавлення, ^оС

Легкі метали

Літій 6, 939 0, 534 179
Калій 39, 102 0, 86 63, 6
Натрій 22, 9898 0, 97 97, 8
Кальцій 40, 08 1, 55 850
Магній 24, 305 1, 74 651
Цезій 132, 905 1, 90 28, 5
Алюміній 26, 9815 2, 702 660, 1
Барій 137, 34 3, 5 710
Важкі метали

Цинк 65, 37 7, 14 419
Хром 51, 996 7, 16 1875
Марганець 54, 9380 7, 44 1244
Олово 118, 69 7, 28 231, 9
Залізо 55, 847 7, 86 1539
Кадмій 112, 40 8, 65 321
Нікель 58, 71 8, 90 1453
Мідь 63, 546 8, 92 1083
Вісмут 208, 980 9, 80 271, 3
Срібло 107, 868 10, 5 960, 8
Свинець 207, 19 11, 344 327, 3
Ртуть 200, 59 13, 546 -38, 87
Вольфрам 183, 85 19, 3 3380
Золото 196, 967 19, 3 1063
Платина 195, 09 21, 45 1769
Осмій 190, 2 22, 5 2700

 

Частинки металів, що знаходяться в твердому і рідкому стані, зв'язані особливим типом хімічного зв'язку - так званим металевим зв'язком. Вона визначається одночасною наявністю звичайних ковалентних зв'язків між нейтральними атомами і кулонівським тяжінням між іонами і вільними електронами. Таким чином, металевий зв'язок є властивістю не окремих частинок, а їх агрегатів.

Хімічні властивості металів

Основною хімічною властивістю металів є здатність їх атомів легко віддавати свої валентні електрони і переходити в позитивно заряджені іони. Типові метали ніколи не приєднують електронів; їх іони завжди заряджені позитивно.

Легко віддаючи при хімічних реакціях свої валентні електрони, типові метали є енергійними відновниками.

Здібність до віддачі електронів виявляється у окремих металів далеко не однаковою мірою. Чим легше метал віддає свої електрони, тим він активніше, тим енергійно вступає у взаємодію з іншими речовинами.

Опустимо шматочок цинку в розчин якої-небудь свинцевої солі. Цинк починає розчинятися, а з розчину виділяється свинець. Реакція виражається рівнянням:

Zn + Pb(NO₃)₂ = Pb + Zn(NO₃)₂

З рівняння виходить, що ця реакція є типовою реакцією окислення-відновлення. Єство її зводиться до того, що атоми цинку віддають свої валентні електрони іонам двовалентного свинцю, тим самим перетворюючись на іони цинку, а іони свинцю відновлюються і виділяються у вигляді металевого свинцю. Якщо поступити навпаки, тобто занурити шматочок свинцю в розчин цинкової солі, то ніякої реакції не відбудеться. Це показує, що цинк більш активний, ніж свинець, що його атоми легше віддають, а іони важче приєднують електрони, ніж атоми і іони свинцю.

Витіснення одних металів з їх з'єднань іншими металами вперше було детально вивчено російським вченим Бекетовим, що розташував метали за зменшенням хімічної активності в так званий «витискаючий ряд». В даний час витискаючий ряд Бекетова носить назву ряду напруг.

В таблиці №2 представлені значення стандартних електродних потенціалів деяких металів. Символом Me+/Me позначений метал Me, занурений в розчин його солі. Стандартні потенціали електродів, виступаючих як відновники по відношенню до водню, мають знак «-», а знаком «+» відзначені стандартні потенціали електродів, що є окислювачами.

Метали, розташовані в порядку зростання їх стандартних електродних потенціалів, і утворюють електрохімічний ряд напруг металів:

Li, Rb, До, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

1. Чим менше електродний потенціал металу, тим більше його відновна здатність.

2. Кожний метал здатний витісняти(відновлювати) з розчинів солей ті метали, які стоять у ряді напруг після нього.

3. Всі метали, що мають негативний стандартний електродний потенціал, тобто що знаходяться у ряді напруг лівіше водню, здатні витісняти його з розчинів кислот.

Необхідно відзначити, що представлений ряд характеризує поведінку металів і їх солей тільки у водних розчинах і при кімнатній температурі. Крім того, потрібно мати зважаючи на, що висока електрохімічна активність металів не завжди означає його високу хімічну активність. Наприклад, ряд напруг починається літієм, тоді як більш активні в хімічному відношенні рубідій і калій знаходяться правіше за літій. Це пов'язано з виключно високою енергією процесу гідратації іонів літію в порівнянні з іонами інших лужних металів.

Властивості металів

Властивості

Метали

K

Na

Ca

Мg

Al

Mn

Zn

Fe

Cr

Ni

Sn

Pb

H

Cu

Hg

Ag

Pt

Au

Активність як відновників

зменшується ®

Здатність йонів відновлюватися

збільшується ®

Взаємодія з киснем

швидко окиснюються

окиснюються при звичайній температурі

–

окиснюються при нагріванні

не окиснюються

Взаємодія з водою

витісняють Н2 при звичайній температурі

витісняють Н2 тільки при нагріванні здатність зменшується ®

–

Н2 не витісняють

Взаємодія з кислотами

витісняють Н2 з кислот, утворюючи сіль (Н2SO4 тільки розведена)

–

Окиснюються HNO3 i Н2SO4 конц.

Не окиснюються HNO3 i Н2SO4 конц.

Знаходження в природі

У виді сполук

У вигляді сполук і простої речовини

У вигляді простої речовини

Промислові способи одержання

Електроліз розплавів сполук

1) відновлення оксидів Карбоном, 2) алюмінотермія, 3) електроліз водних розчинів

Термічний розклад сполук

Література

1. Р. Рипан, И. Четяну., Химия металлов, Мир – Москва, 1971.

2. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. Высшая школа, 1981 – 680с.

3. Глинка Н. Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов. – Л., Химия, 198

4. Хомченко И. Г. Общая химия. – 1987

 

Лекція 7

Тема: Знаходження металів в природі. Способи отримання металів і застосування металів в суднобудуванні.

Мета лекції: Дати поняття про знаходження металів в природі, способи отримання металів і застосування металів в суднобудуванні.

Матеріал лекції сприяє формуванню наступних компетенцій: загально-наукові компетентності КЗН-4 (Базові знання фундаментальних наук в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін); Інструментальні компетентності КІ-5 (Усне і письмове спілкування рідною мовою); Системні компетентності (застосувати свої знання на практиці) КС-1

В процесі вивчення теми: «Знаходження металів в природі. Способи отримання металів і застосування металів в суднобудуванні» курсант повинен отримати:

Знання про:

- знаходження металів в природі;

- способи отримання металів;

- застосування металів в суднобудуванні.

План лекції:

1. Знаходження металів в природі.

2. Промисловий спосіб отримання металів.

3. Застосування металів і сплавів в суднобудуванні.

В вільному стані в природі метали практично не зустрічаються. Це тільки золото, ртуть. В основному метали зустрічаються в вигляді руд і солей.

Так: залізо зустрічається в вигляді руд.

FeO nH₂O – бурий залізняк;

Fe₂O₃ – червоний залізняк;

Fe₃O₄ – магнітний залізняк.

В вигляді солей:

СаСО₃ – кальцій карбонат;

MgCO₃ – магнезіт;

MgCO₃^. СаСО₃ – доломіт

Са₃(РО₄)₂ – фосфорит;

Са₃(РО₄)₂ СаF₂ – апотіт;

СаSO₄ 2Н₂О – гіпс;

Na₂SO₄ 10Н₂О – глауберова соль.

NaCl – натрій хлорид;

КCl – калій хлорид;

NaCl КCl – сильвініт;

KNO₃ – індійська селітра;

NaNO₃ – чилійська селітра;

СuS – мідна обманка;

ZnS – цинкова обманка;

 

Способи отримання металів

Величезна більшість металів знаходиться в природі у вигляді з'єднань з іншими елементами.

Тільки небагато металів зустрічаються у вільному стані, і тоді вони називаються саморідними. Золото і платина зустрічаються майже виключно в саморідному вигляді, срібло і мідь - частково в саморідному вигляді; іноді попадаються також саморідні ртуть, олово і деякі інші метали.

Добування золота і платини проводиться або за допомогою механічного відділення їх від тієї породи, в якій вони укладені, наприклад промивкою води, або шляхом витягання їх з породи різними реагентами з подальшим виділенням металу з розчину. Вся решта металів здобувається хімічною переробкою їх природних з'єднань.

Мінерали і гірські породи, з'єднання металів, що містять, і придатні для отримання цих металів заводським шляхом, носять назву руд. Головними рудами є оксиди, сульфіди і карбонати металів.

Найважливіший спосіб отримання металів з руд заснований на відновленні їх оксидів вугіллям.

Якщо, наприклад, змішати червону мідну руду (куприт) Cu₂O з вугіллям і піддати сильному розжарюванню, то вугілля, відновлюючи мідь, перетвориться на оксид вуглецю(II), а мідь виділиться в розплавленому стані:

Cu₂O + С = 2Cu + CO

Подібним же чином проводиться виплавка чавуну їх залізняку, отримання олова з олов'яного каменя SnO₂ і відновлення інших металів з оксидів.

При переробці сірчистих руд спочатку переводять сірчисті з'єднання в кисневі шляхом обпалення в особливих печах, а потім вже відновлюють отримані оксиди вугіллям. Наприклад:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

ZnO + С = Zn + CO

В тих випадках, коли руда є сіллю вугільної кислоти, її можна безпосередньо відновлювати вугіллям, як і оксиди, оскільки при нагріванні карбонати розпадаються на оксид металу і двоокис вуглецю. Наприклад:

ZnCO₃ = ZnO + CO₂

Звичайно руді, окрім хімічного з'єднання даного металу, містять ще багато домішок у вигляді піску, глини, вапняку, які дуже важко плавляться. Щоб полегшити виплавку металу, до руди домішують різні речовини, створюючі з домішками легкоплавкі з'єднання - шлаки. Такі речовини називаються флюсами. Якщо домішка складається з вапняку, то як флюс вживають пісок, створюючий з вапняком силікат кальцію. Навпаки, у разі великої кількості піску флюсом служить вапняк.

В багатьох рудах кількість домішок (порожньої породи) така велика, що безпосередня виплавка металів з цих руд є економічно невигідною. Такі руди заздалегідь «збагатять», тобто видаляють з них частину домішок. Особливо широким розповсюдженням користується флотаційний спосіб збагачення руд (флотація), заснований на різній змочуваності чистої руди і порожньої породи.

Техніка флотаційного способу дуже проста і в основному зводиться до наступного. Руду, що полягає, наприклад, з сірчистого металу і силікатної порожньої породи, тонко подрібнюють і заливають у великих чанах водою. До води додають яку-небудь малополярну органічну речовину, сприяючу утворенню стійкої піни при збовтуванні води, і невелика кількість спеціального реагенту, так званого «колектора», який добре адсорбується поверхнею мінералу, що флотує, і робить її нездатною змочуватися водою. Після цього через суміш знизу пропускають сильний струмінь повітря, перемішуючу руду з водою і доданими речовинами, причому пухирці повітря оточуються тонкими масляними плівками і утворюють піну. В процесі перемішування частинки мінералу, що флотує, покриваються шаром адсорбованих молекул колектора, прилипають до пухирців повітря, що продувається, підіймаються разом з ними догори і залишаються в піні; частинки ж порожньої породи, що змочуються водою, осідають на дно. Піну збирають і віджимають, одержуючи руду із значно великим змістом металу.

Для відновлення деяких металів з їх оксидів застосовують замість вугілля водень, кремній, алюміній, магній і інші елементи.

Процес відновлення металу з його оксиду за допомогою іншого металу називається металотермією. Якщо, зокрема, як відновник застосовується алюміній, то процес носить назву алюмінотермії.

Дуже важливим способом отримання металів є також електроліз. Деякі найактивніші метали виходять виключно шляхом електролізу, оскільки всі інші засоби виявляються недостатньо енергійними для відновлення їх іонів.

Під час електролізу розплавів електролітів на катоді завжди відновлюються катіони металу, а на аноді окислюються аніони.

Електроліз розплаву NaCl.

NaCl → Na⁺+Cl^-

K(-) Na⁺+1e → Na⁰

A(+)2 Cl^- - 2 e → Cl₂⁰

2NaCl → 2Na + Cl₂

Електроліз розчину СuSO₄.

СuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-; H₂O= Н⁺ + OH^-

K(-) Cu²⁺+2e → Cu⁰

A(+)2Н₂О - 4е → О₂⁰↑ + 4Н⁺

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + О₂↑ + 4Н₂SO₄

Метали в суднобудуванні.

В судостроении применяются черные металлы, в первую очередь углеродистые стали, обладающие пластичностью, хорошо свариваемые и противостоящие коррозии от воздействия соленой воды.

Стали. Применяют углеродистые судостроительные стали марок ВМСт. Зсп и С. Индексы означают: В — группа стали, которая характеризуется различными механическими свойствами и химическим составом; М — сталь изготовляется в мартеновских печах; сп — спокойная плавка; С — судостроительная сталь. Предел текучести этих сталей б^T = 240 кГ/мм². Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0, 14—0, 22%), а также вредных примесей серы и фосфора (не более 0, 05%). Известно, что сера придает металлу красноломкость, а фосфор — хладоломкость.

Применяются низколегированные судостроительные стали марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1Д и 10ХСНД с более высокими пределами текучести б^T = 300—400 кГ/мм² с низким содержанием углерода (не более 0, 12%) и добавками марганца, кремния, хрома, меди и никеля.

Стали поставляются металлургической промышленностью в виде листового проката толщиной от 4 до 32 мм и профильного проката. Длина поставляемых листов до 8000 мм, ширина—до 2500 мм.

В судостроении ковкой преимущественно изготовляют мелкие детали (штыри, леерные стойки, коуши и т. п.). Судовые поковки изготовляют из-углеродистой или легированной стали. К сталям с особыми физическими или физико-механическими свойствами относятся:

1) нержавеющая сталь, обладающая высокой сопротивляемостью коррозии. В ее составе характерно содержание не менее 12% хрома, способствующего образованию на поверхности стойкой окисной пленки, предохраняющей сталь от окисления. Эта сталь хорошо сваривается и позволяет получать прочные, устойчивые к коррозии детали. Нержавеющая сталь в морском судостроении используется как заменитель цветных металлов и сплавов для изготовления облицовки гребных валов, лопаток турбин и т. п.;

2) немагнитная сталь обладает слабой магнитной проницаемостью. Это достигается высоким ее легированием, при котором в состав стали вводятся никель и марганец. При добавлении в эту сталь свыше 13% хрома она приобретает дополнительные свойства стойкости против коррозии и кислотостойкости. Немагнитная сталь в судостроении применяется для изготовления корпусов и элементов навигационных приборов, оборудования и т. п.;

3) плакированная сталь — конструкционная углеродистая или низколегированная сталь, покрытая тонким слоем нержавеющей стали. Такая сталь, обладая высокой прочностью основного материала, является коррозионностойкой и вместе с тем позволяет экономить дорогой и дефицитный никель;

4) жароупорная сталь, легированная хромом, кремнием и алюминием, не окисляется и, благодаря введению молибдена, вольфрама, ванадия и прочих примесей, обладает высоким сопротивлением механическим нагрузкам во время работы при высоких температурах;

5) износоустойчивая сталь содержит 1, 0—1, 3% углерода и 11, 0—14, 0% марганца, применяется для изготовления способом фасонного литья деталей, работающих на износ под давлением, таких, например, как детали землечерпательных ковшей, драг и т. п.

Чугуны. В судостроении широко используется серый чугун благодаря его хорошим литейным качествам и относительной легкости механической обработки. Чугунные отливки дешевле стальных и применяются для изготовления гребных винтов, кнехтов, деталей судовых устройств, дельных вещей и т. д.

Широкое применение в судостроении получили и модифицированные чугуны, в состав которых вводятся примеси-модификаторы (силикокальций, ферросилиций, силикоалюминий и т. д.), повышающие механические свойства отливок. Из этого чугуна изготовляют рамки иллюминаторов, гребные винты, цилиндрические втулки и прочее.

Ковкий чугун, являющийся разновидностью серого чугуна, получается путем длительной термической обработки (отжига), отливок из хрупкого белого чугуна. Благодаря такой обработке чугун получает некоторую пластичность — ударостойкость и меньшую хрупкость при механическом воздействии. Детали из ковкого чугуна широко применяют в судовых системах.

В судостроении применяются следующие цветные металлы.
Алюминий и его сплавы получили широкое применение благодаря малому удельному весу (26—28 г/см³), относительной прочности (бв до 470 кг/мм²), а также немагнитности и легкости обработки и т. п.

Введение в алюминиевые сплавы магния, марганца, кремния, меди, железа и других компонентов (от 1, 5 до 20%) изменяет их механические и технологические свойства.

Дюралюминий — алюминиево-медный сплав, термически обработанный, превосходит по прочности даже некоторые стали, но из-за низкой коррозионной стойкости он находит ограниченное применение в судостроении.

Присадки кремния, магния, меди и цинка улучшают некоторые качества алюминия, например литейные, прочность, твердость, но одновременно и ухудшают его пластичность, коррозионную стойкость и т. д.
Медь и ее сплавы. Медь в судостроении применяется почти исключительно для изготовления трубопроводов в специальных системах, в электротехнике или как декоративный поделочный материал.

Бронза представляет собой сплав меди и олова, марганца, железа и других элементов. Кроме оловянистых бронз, применяют и безоловянистые, представляющие собой сплавы меди с алюминием и другими металлами без добавления олова, которое является дефицитным и дорогим металлом. Бронзы отличаются высокой антикоррозионной стойкостью и применяются преимущественно для изготовления ответственных отливок, работающих на трение в морской воде. Из бронзы изготовляют арматуру, детали судовых устройств, втулки, муфты и т. д.

Латунь — сплав меди с цинком. Цинк повышает прочность и пластичность сплава. Содержание в латуни около 30% цинка делает ее максимально пластичной, а около 45%—максимально прочной.

Латунь хорошо прокатывается и куется. Из нее изготовляют поделочные листы и прутки, трубы, прессованные детали сложной конфигурации и прочие детали, получаемые литьем, прокатом, ковкой, штамповкой и прессованием и предназначенные для работы в воде, влажном воздухе и других агрессивных средах.

Антифрикционные сплавы изготовляют на основе олова, свинца и алюминия. Эти сплавы применяют в судостроении для заливки подшипников скольжения, которые характеризуются малым коэффициентом трения, высокой пластичностью, минимальным износом и нагревом.

Титан и его сплавы являются новейшими прогрессивными конструкционными материалами. Они характеризуются высокой прочностью, пластичностью, малым удельным весом (45 г/см³), высокой температурой плавления и большой антикоррозионной стойкостью.
Легирующие добавки к титану — алюминий, хром, марганец, ванадий, железо, молибден и олово — значительно повышают прочность сплава.

Титановые сплавы хорошо свариваются электросваркой в атмосфере аргона или гелия. Титановые сплавы куются, штампуются и прокатываются, что позволяет изготовлять из них и профильные материалы.

Титан и его сплавы пока относительно дорогие материалы, но по мере совершенствования технологии их производства стоимость их быстро снижается, и эти материалы все шире применяют в судостроении для изготовления особенно ответственных деталей корпуса и его элементов.

 

Література

1. Р. Рипан, И. Четяну., Химия металлов, Мир – Москва, 1971.

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. Высшая школа, 1981 – 680с.

2. Глинка Н. Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов. – Л., Химия, 198

3. Хомченко И. Г. Общая химия. – 1987

 

 

Лекція 8-9-10

Тема. Корозія металів.

Мета лекції: Дати поняття про корозію металів, методи захисту від корозії.

Матеріал лекції сприяє формуванню наступних компетенцій: загально-наукові компетентності КЗН-4 (Базові знання фундаментальних наук в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін); Інструментальні компетентності КІ-5 (Усне і письмове спілкування рідною мовою); Системні компетентності (застосувати свої знання на практиці) КС-1

В процесі вивчення теми: «Корозія металів» курсант повинен отримати:

знання, про:

- класифікацію видів корозії металів;

- фактори, які впливають на корозійний процес;

- теорію електрохімічної корозії;

- методи захисту від корозії;

План лекції

1. Класифікація видів корозії металів.

2. Класифікація методів захисту від корозії.

3. Протикорозійні засоби.

4. Захист корпусу судна від корозії.

Втрати від корозії щорічно складають у світі сотні мільярдів доларів. Тому розв'язання цієї проблеми є актуальним завданням. До того ж, основні збитки від корозії зумовлені не стільки втратою самого металу, а виходом з ладу металоконструкцій, ціна яких значно перевищує ціну металу, який використали на їх виготовлення.

Корозія – процес самовільної фізико-хімічної взаємодії між металом і середовищем, який призводить до зміни властивостей металу (від лат. cоrrodere – роз' їдати).

Характерні ознаки корозії:

– процес самовільний, завжди негативного забарвлення, пов’язаний з погіршенням властивостей металів і виробів з них;

– відбувається на межі розділу фаз: метал – рідина; метал – газ.

Середовище, що зумовлює корозію, називають корозійним або агресивним.

Внаслідок взаємодії металу і корозійного середовища утворюються хімічні сполуки, які називають продуктами корозії, зумовлені цією взаємодією змінистану або властивостей окремих складових цієї системи – корозійним ефектом.

Чинники, що впливають на швидкість, вид та розподіл корозії, називають чинниками корозії (факторами корозії). Чинники, пов'язані з природою металлу (хімічний склад, структура, стан поверхні), називають внутрішніми, а зумовлені впливом корозійного середовища (склад, гідро– або аеродинамічні умови, тиск, температура, механічні навантаження) – зовнішніми чинниками.

Класифікація корозійних процесів

Для класифікації численних корозійних явищ використовують різні ознаки, найбільш значущими серед яких є:

–механізм реакцій взаємодії металу з середовищем;

–характер ушкоджень поверхні металу;

–умови експлуатації та вид корозійного середовища;

За характером ушкоджень поверхні металу або порушень його фізико- хімічних властивостей корозійні руйнування поділяють на рівномірні і нерівномірні.

Нерівномірна корозія (точкова (пітінг) або міжкристалічна

За умовами експлуатації розрізняють:

корозійно-механічне руйнування;

корозію при терті; корозію під дією блукаючих струмів.

За видом корозійного середовища: атмосферну корозію, підземну корозію, морську корозію, корозію в розплавах електролітів, корозію під дією блукаючих струмів.

Електрохімі