Коррозия меди в 5М изопропанольных растворах НС1

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Тамбовский государственный университет

им. Г.Р. Державина

КАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Дипломная работа

Коррозия меди

в 5М изопропанольных растворах НС1

Исполнитель: выпускник химико-

биологического факультета заочного отделения

О.Н. Ларина

Руководитель: кандидат химических наук, старший преподаватель

Бердникова Г.Г.

Рецензент:

Допущена кафедрой к защите

в ГАК __________1999 г. протокол №

Зав. кафедрой неорганической и

физической химии Л.Е. Цыганкова

Тамбов-1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение 3

I. Литературный обзор

1. Общая характеристика меди 4

2. Коррозионное и электрохимическое

поведение меди. 12

II. Методика эксперимента. 25

III. Экспериментальные результаты и их обсуждение 28

IV. Выводы. 45

V. Литература. 47

Введение

Проблема коррозионной стойкости конструкционных материалов до сих пор является весьма актуальной для современной промышленности. Принимая во внимание размеры ущерба от коррозии и колоссальное число различных ме-таллов и их сплавов а также коррозионно агрессивных сред, очевидно, что в этой области науки еще долго будет существовать обширное поле для исследо-ваний.

В последние десятилетия все возрастающее внимание стали уделять кор-розионному и электрохимическому поведению металлов в неводных средах, в частности, на основе органических растворителей. Оказалось, что многие ме-таллы, обладающие пассивностью в водных агрессивных растворах подверга-ются весьма интенсивному разрушению в неводных.

С другой стороны, ионизация некоторых металлов в неводных средах осуществляется до более низковалентных частиц, чем в соответствующих вод-ных, что означает снижение энергозатрат на электрохимическую обработку ме-таллов и является убедительны аргументом в пользу применения смешанных и неводных растворов электролитов для электрохимического размерного формо-образования.

Поэтому детальное выяснение роли органических компонентов коррози-онной среды подвигает к более адекватному познанию механизмов коррозии, к пониманию роли воды и комплексов, образующихся в системе как за счет ис-ходных компонентов раствора, так и за счет продуктов коррозионных процес-сов (как электрохимических, так и чисто химических).

Настоящая дипломная работа посвящена изучению некоторых аспектов коррозии меди в концентрированных изопропанольных растворах хлороводо-рода.

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1. Общая характеристика меди [ ]

• Историческая справка.

Семь металлов принято называть доисторическими. Золото, серебро, медь, железо, олово, свинец и ртуть были известны людям с древнейших вре-мен. Роль меди в становлении человеческой культуры особенна. Каменный век сменился медным, медный - бронзовым. Не везде этот процесс шел одновре-менно. Коренное население Америки переходило от каменного века к медному в XVI в н.э. всего 400 лет назад! А в Древнем Египте медный век наступил в IV тысячелетии до н.э. Два миллиона 300 тысяч каменных глыб, из которых примерно 5000 лет назад была сложена 147-метровая пирамида Хеопса, добы-ты и обтесаны медными инструментами.

Подобно серебру и золоту, медь иногда образует самородки. Видимо, из них около 10 тысяч лет назад были изготовлены первые металлические орудия труда. Распространению меди способствовали такие ее свойства, как способ-ность к холодной ковке и относительная простота выплавки из богатых руд.

Медный век длился около тысячи лет - вдвое меньше, чем бронзовый. Характерно. Что в Греции культура меди зародилась позже, чем в Египте, а бронзовый век наступил раньше. Руда, из которой выплавляли медь египтяне, не содержала олова. Грекам в этом отношении повезло больше. Они добывали «оловянный камень» для выплавки бронзы иногда там же, где и медную руду.

Искусство выплавки и обработки меди от греков унаследовали римляне. Они вывозили медь из покоренных стран, в первую очередь из Галлии и Испа-нии, продолжали начатую греками добычу медной руды на Крите и Кипре. Кстати, с названием последнего острова связывают латинское название меди - «купрум».

Медь сыграла выдающуюся роль не только в становлении материальной культуры большинства народов, но и в изобразительном искусстве. В этом ка-честве медь прошла через века; и в наши дни делают барельефы и гравюры из меди.

•Медь в природе.

По распространению в земной коре (4,7.10-3 % по массе) медь следует за никелем и занимает всего лишь 26-е место среди других элементов. Медь встречается в природе в виде самородков, порой значительных размеров. Так, в 1957 году в США в районе Великих озер был найден самородок массой 420 тонн. Интересно. Что выступающие части его были отбиты еще каменными то-порами. Однако, самородная медь в наше время составляет незначительную часть от общего производства металла.

Подавляющая часть меди присутствует в горных породах в виде соеди-нений. Из сотен минералов меди промышленное значение имеют немногие, в частности, халькоперит -медный колчедан CuFeS2, халькозин - медный блеск - Cu2S, ковелин - CuS, малахит - СuCO3.Сu(OH)2, азурит -

2СuCO3.Сu(OH)2.

•Физические и химические свойства.

Медь - металл красного, в изломе розоватого цвета, в тонких слоях при просвечивании приобретает зеленовато-голубой оттенок. Плотность меди -8,96 г/см3, температура плавления -1083 0С, температура кипения - 2600 0С. Это довольно мягкий, ковкий металл, из него можно прокатывать листы толщиной всего лишь в 2,5 микрона (в 5 раз тоньше папиросной бумаги). Медь хорошо отражает свет, прекрасно проводит электричество и тепло.

Медь, серебро, золото составляют побочную подгруппу первой группы периодической системы Д.И. Менделеева. С щелочными металлами их сближа-ет лишь способность образовывать одновалентные катионы. Для меди и ее ана-логов характерно то, что они могут давать соединения с валентностью, превы-шающей номер своей группы. Кроме того, элементы подгруппы меди, в отли-чие от щелочных металлов, склонны к комплексообразованию, образуют окра-шенные соли, т.е. проявляют свойства, сближающие их с никелем, палладием, платиной.

Такое поведение меди, серебра, золота объясняется конфигурацией внешних электронных оболочек их атомов. У атома меди самая наружная (4-я от ядра) оболочка содержит один s-электрон, ему предшествуют десять d-электронов (3-й от ядра) оболочки. Атомы меди и ее сплавов могут при обра-зовании соединений терять не только самый внешний s -электрон, но один или два электрона предвнешнего d-уровня, проявляя более высокую степень окис-ления. Для меди окислительное число +2 (валентность II) , более характерно, чем +1 (валентность I). Существует также немногочисленное число соединений меди (III).

Медь химически малоактивна и в чистом, сухом воздухе не изменяется. Однако атмосфера, в которой мы живем содержит водяные пары и двуокись углерода. Поэтому не удивительно, что, например, произведения скульптуры, изготовленные из меди и бронзы, со временем покрываются зеленоватым на-летом - «патиной». В обычной атмосфере патина состоит из основного карбо-ната меди (малахита), в атмосфере, содержащей двуокись серы (SO2), медные изделия покрываются основным сульфатом CuSO4 .3Cu(OH)2, а вблизи моря - основным хлоридом CuC12 . 3Cu(OH)2. Интересно, что патина образуется только во влажном воздухе (при влажности выше 75%). Патина придает изде-лиям из меди и бронзы красивый, как говорится, «старинный» вид. А сплош-ной налет патины обладает еще и защитными свойствами, предохраняя от дальнейшего разрушения. Но образовавшаяся пленка может быть с дефектами и поэтому недостаточно надежной. Гораздо прочнее такое же покрытие, нане-сенное на металл искусственно.

Один из способов искусственного получения патины таков: изделие из меди или бронзы обрабатывают серной кислотой и затем выставляют на воз-дух. Через некоторое время операцию повторяют. Образующийся сульфат меди гидролизуется и постепенно превращается в устойчивую пленку CuSO4 .3Cu(OH)2.

Если быстро погрузить в холодную воду раскаленный докрасна кусок меди. То на его поверхности образуется ярко-красная пленка оксида меди (I). При умеренном же нагревании меди на воздухе поверхность ее покрывается черной окисью CuO. Обычно образцы меди содержат сотые доли Сu2O. При нагревании такого металла в атмосфере, содержащей водород и некоторые другие газы (СО, СН4) происходит восстановление Cu2O:

Cu2O + H2 = 2Cu + H2O (1)

Cu2O + CO = 2Cu + CO2 (2)

Образовавшиеся пары воды и двуокись углерода выделяются из металла, вызывая появление трещин. А это резко ухудшает механические свойства ме-ди. («водородная болезнь»).

Гидроксид меди (II) выпадает в виде объемистого голубого осадка при действии щелочей на растворы солей двухвалентной меди. Это слабое основа-ние, образующее с кислотами соли. Впрочем, свежеприготовленный