§ 49. Железо и его соединения
Коррозия железа
Изделия из железа в технике, быту, природе подвергаются коррозии. Коррозия — разрушение металла в результате взаимодействия с веществами из окружающей среды.
Причины коррозии. Условно процесс коррозии железа во влажной атмосфере можно представить уравнением:
.
Образующийся Fe(OH)3 подвергается частичной дегидратации — удалению воды — и поэтому состав ржавчины выражают формулой Fe2O3 · xH2O.
При высоких температурах может происходить окисление сухим кислородом с образованием Fe3O4:
.
В окружающей среде в присутствии иных окислителей, например кислот и кислотных оксидов, образуются соли железа.
Во всех этих процессах железо окисляется и разрушается, компоненты окружающей среды восстанавливаются. Продукты окисления железа образуются в виде рыхлых слоёв, не защищающих металл от дальнейшей коррозии (§ 20, рис. 47, б).
Скорость коррозии, как и в случае других окислительно-восстановительных процессов, зависит от химической природы и площади соприкосновения реагентов, их концентрации, температуры. Коррозию ускоряют растворы солей и кислот (рис. 113). Коррозию замедляют, полируя поверхность металла, сохраняя металл в сухом воздухе. Коррозия железа замедлена в растворах щелочей или при контакте с более активным, чем железо, металлом (рис. 114).
![img](http://profil.adu.by/pluginfile.php/5894/mod_book/chapter/18142/%D0%A0%D0%B8%D1%81.%20113.%20%D0%9A%D0%BE%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D1%8F%20%D0%B6%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%B0%20%D0%B2%20%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%85%20%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%D0%B0.jpg)
![img](http://profil.adu.by/pluginfile.php/5894/mod_book/chapter/18142/%D0%A0%D0%B8%D1%81.%20114.%20%D0%9A%D0%BE%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D1%8F%20%D0%B6%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%B0%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%20%D1%81%20%D1%86%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%BE%D0%BC%20%D0%B8%20%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D1%8C%D1%8E.jpg)
Из курса химии 9-го класса вам известно, что скорость коррозии увеличивается при контакте железа с менее активным металлом (рис. 114).
Знание факторов, влияющих на скорость коррозии, позволило предложить ряд способов защиты от коррозии.
1. Защитные покрытия. В качестве материалов для металлических покрытий применяют цинк, никель, медь, хром, серебро, бронзу, латунь и др. (рис. 115). Так, оцинкованное железо используют в качестве кровельного материала, в изготовлении кузовов автомобилей, шурупов. В этом случае железо не будет разрушаться до тех пор, пока не прореагирует всё покрытие из цинка. Покрытия из менее активных металлов, чем железо, защищают его от коррозии лишь в случае, если в них отсутствуют поры, трещины, царапины.
![img](http://profil.adu.by/pluginfile.php/5894/mod_book/chapter/18142/%D0%A0%D0%B8%D1%81.%20115.%20%D0%97%D0%B0%D1%89%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE-%D0%B4%D0%B5%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BF%D0%BE%D0%BA%D1%80%D1%8B%D1%82%D0%B8%D1%8F%20%D0%BD%D0%B0%20%D0%B8%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%8F%D1%85%20%D0%B8%D0%B7%20%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8.jpg)
К неметаллическим покрытиям относят лакокрасочные и полимерные материалы, смазочные масла.
Защитные покрытия также получают путём оксидирования (создание слоя окалины Fe3O4) и фосфатирования (нанесение слоя фосфатов) поверхности металла.
![img](http://profil.adu.by/pluginfile.php/5894/mod_book/chapter/18142/%D0%A0%D0%B8%D1%81.%20116.%20%D0%97%D0%B0%D1%89%D0%B8%D1%82%D0%B0%20%D0%BE%D1%82%20%D0%BA%D0%BE%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D0%B8%20%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B7%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0.jpg)
2. Электрохимическая защита осуществляется подключением защищаемой конструкции к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока (катодная защита) или приведением защищаемого металла в контакт с более активным металлом (рис. 116).
3. Легирование металлов. В расплав металла при его производстве добавляют легирующие добавки — хром, никель, молибден и др., снижающие активность металла. Таким образом получают, например, нержавеющую сталь.
4. Изменение состава и свойств коррозионной среды. Коррозионную среду можно изменить добавлением в неё ингибиторов (веществ, которые значительно уменьшают скорость коррозии металла, например нитрита, фосфата или хромата натрия и ряда других).
![img](http://profil.adu.by/pluginfile.php/5894/mod_book/chapter/18142/%D0%A0%D0%B8%D1%81.%20117.%20%D0%98%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%8F%20%D0%B8%D0%B7%20%D1%87%D1%83%D0%B3%D1%83%D0%BD%D0%B0%2C%20%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%8B%20%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D1%80%D1%83%D1%81%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9%20%D0%BA%D1%83%D1%85%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%83%D0%B4%D1%8B%20%28%C2%AB%D1%87%D1%8B%D0%B3%D1%83%D0%BD%D0%BAi%C2%BB%20%D0%B8%20%C2%AB%D0%BF%D0%B0%D1%82%D1%8D%D0%BB%D1%8C%D0%BDi%C2%BB%29.jpg)
Применение железа и его сплавов. До 95 % всего добываемого железа производится в виде его сплавов — чугуна и сталей. С составом, свойствами и сферами применения этих сплавов вы уже ознакомились, изучая материал § 43, а с методами получения — в § 45. Напомним, что содержание углерода в сталях ниже 2 %, то есть гораздо меньше, чем в чугуне, поэтому сталь — более ковкий, прочный и менее хрупкий сплав по сравнению с чугуном. Она легко подвергается механической обработке (режется, шлифуется, прокатывается, куётся).
Чугун — более дешёвый сплав с хорошими литейными свойствами, но более хрупкий. Изделия из чугуна более коррозионноустойчивы, чем из нелегированной стали (рис. 117). Различие в свойствах определило и разные области использования сплавов железа.
Чистое железо используется как катализатор, например в синтезе аммиака, бромировании бензола.