Изучение процесса коррозии железа

Цельурока:

познакомить учащихся с процессом
коррозии и способами защиты металлов от нее;
формировать навыки устной речи, положительную
мотивацию к изучению предмета.

Ход урока


Но пуще всех богатств сокровищницы сей,
Да сохранит господь от разрушенья дней,
От ржавчины венец сооруженья:
Все в руках человека, в его знаниях и умениях.
Мольер.

I. Весь год мы учим химию.

Что изучает химия? (Наука о веществах и их
превращениях)

Сегодняшний урок мне хотелось бы начать со
стихов. Их написал замечательный русский ученый
М.В. Ломоносов, человек поистине
энциклопедических знаний. Он сделал немало
открытий не только в таких науках, как химия,
физика, астрономия, но и с большим успехом
работал в области литературы, риторики и др.

Ломоносов писал о химии:
В земное недро ты, Химия,
Проникли взора остротой,
И что содержит в нем Россия,
Драги сокровища открой.

Поистине сокровищами являются те знания,
которые получает (накапливает) каждый человек в
течение всей своей жизни. Работа с классом.
Давайте вспомним, что мы изучили.

1. Задание (презентация). Речь
пойдет о чистых веществах и смесях. В — это
вещество, С — это смесь.

  • дистиллированная вода;
  • медь;
  • почва (смесь);
  • сахар;
  • воздух (смесь);
  • фосфор.

2. Какие явления вы знаете: физические или
химические (выберите правильный ответ)

  • испарение воды (ф);
  • помутнение известковой воды под действием
    углекислого газа (х);
  • горение свечи (ф);
  • ковка Ме (ф);
  • обугливание лучины (х);
  • ржавление гвоздя (х).

3. Знаешь ли ты химические элементы и пробуем
составить формулы.

Учитель диктует: на 1 am кальция приходится 1 am O,
на 2 am водорода приходится атом серы, на два атома
железа приходится 3 am кислорода, на 1 атом бария
приходится два am хлора.

На карточках 2 человека:

1) Составьте формулы у доски. На один атом Натрия
приходится один атом хлора, на два атома натрия
приходится один атом серы, на один атом Натрия
приходится три атома азота, на два атома натрия
приходится один атом кислорода.

2) Составьте формулы. На один атом цинка
приходится один am серы, на один атом цинка
приходится один атом кислорода, на два атома
калия приходится один атом серы.

«Исчезнувшие слова» устно. Записаны
предложения с пропусками, их надо заполнить
словами: «атом» или «молекула».

  1. Воздух — смесь, в состав которой входят ___
    кислорода.
  2. ____ воды состоят из ____ кислорода и водорода.
  3. Сладкий вкус варенья принадлежит содержащимся
    в нем ____ сахара.
  4. При растворении кислорода в воде ____ кислорода
    распределяются между ___ воды.
  5. Отдохнули, а теперь за дело. «К сияющим
    вершинам».

Рассчитайте относительную молекулярную массу:
Na2S, CaO, H3PO4.

Сегодня мы поговорим о таком процессе, как
коррозия (презентация). Коррозия — это давний и
относительный враг большинства металлов,
применяемых в технике и быту.

Ученик 1: Проблемой защиты от коррозии
заинтересовались еще люди древнего мира. В
трудах древнегреческого историка Геродота (V в.
до н. э.) мы находим упоминание об оловянных
покрытиях, предохраняющих железо от ржавчины. В
Индии уже полтора тысячелетия существует
«общество по борьбе с коррозией». В XIII в. оно
принимало участие в постройке на побережье
Бенгальского залива Храма Солнца. Сооружение,
веками подвергавшееся действию соленых ветров и
морской влаги, уже превратилось в руины, но его
железная арматура сохранилась в хорошем
состоянии. Стало быть, уже в те далекие времена
индийские мастера знали, как противостоять
коррозии.

Об этом же свидетельствует и знаменитая
железная колонна ~ одна из многочисленных
достопримечательностей индийской столицы. Вот
что писал в своей книге «Открытие Индии»
Джавахарлал Неру: «Древняя Индия добилась,
очевидно, больших успехов в обработке железа.
Близ Дели высится огромная железная колонна,
ставящая в тупик современных ученых, которые не
могут определить способ ее изготовления,
предохранивший железо от окисления и других
атмосферных явлений».

Весит колонна около 6,5 тонн. Ее высота 7,2 метра,
диаметр — от 42 сантиметров у основания до 30
сантиметров у верха. Изготовлена она из почти
чистого железа (99,72 %).

Колонна была воздвигнута в 415 г. в честь
скончавшегося незадолго до этого царя
Чандра-гупты П. Первоначально ее установили на
востоке страны перед одним из храмов, а в 1050 г.
перевезли в Дели. Существует народное поверье,
что у того, кто прислонится к колонне спиной и
сведет за ней руки, исполнится заветное желание.
С давних времен стекались к ней толпы
богомольцев, желавших получить свою толику
счастья.

Как же смогли древние металлурги изготовить
эту чудо-колонну, перед которой бессильно время?
Некоторые писатели-фантасты не исключают, что
она создана на другой планете, а завез ее к нам
экипаж: космического звездолета, который
захватил ее с собой на Землю либо в качестве
вымпела, либо как дар жителям нашей планеты. По
другим версиям, колонна изготовлена из крупного
железного метеорита.

Ученик 2: История цивилизации
неразрывно связана с железом. В древности у
некоторых народов этот металл ценился дороже
золота. Лишь представители знати могли украшать
себя изделиями из железа, причем нередко в
золотой оправе. В Древнем Риме из железа
изготовляли даже обручальные кольца. Постепенно,
по мере развития металлургии, этот металл
становился доступнее и дешевле. И все же еще
сравнительно недавно многие отсталые народы,
испытывая острую нужду в железе, готовы были
платить за него огромную цену. Известный
английский мореплаватель XVIII в. Джеймс Кук
рассказывал об отношении к железу туземцев
островов Полинезии: «…Ничто так не манило к себе
посетителей наших судов, как этот металл; железо
всегда было для них самым желанным, самым
драгоценным товаром». Однажды его матросам
удалось за ржавый гвоздь получить целую свинью. В
другой раз за несколько старых ненужных ножей
островитяне дали матросам столько рыбы, что ее
хватило на много дней для всей судовой команды.

Ученик 3. Первое железо, попавшее еще в глубокой
древности в руки человека, было, по-видимому, не
земного, а космического происхождения: железо
входило в состав метеоритов, упавших на нашу
планету. На поверхность земного шара ежегодно
выпадают тысячи тонн метеоритного вещества,
содержащего до 90 % железа. Самый крупный метеорит
найден в 1920 г. в юго-западной части Африки. Это
метеорит Гоба, весящий около 60 т. В 1891 г. в
Аризонской пустыне была обнаружена громадная
воронка диаметром более 1200 и глубиной 175 метров.
Ее образовал гигантский железный метеорит,
упавший в доисторические времена.

В чем сущность этого процесса? Как бороться с
коррозией? Именно этому мы посвятим сегодняшний
урок, который построен в виде путешествия по
станциям «Информационной», «Исторической»,
«Домашнего экспериментирования»,
«Практической».

Станция «Информационная»

Коррозия — от латинского corrodere — разъедать.
Больше всего страдают от коррозии сплавы на
основе железа главные материалы современной
техники. Есть старая, но очень точная поговорка:
«ржа ест железо». Около 20% железа, производимого
ежегодно, идет на замену железных изделий,
пришедших в негодность из-за ржавления. За
коррозией следует эрозия — разрушение
металлических изделий в результате механических
воздействий, после чего металл уже непригоден.

Скорость коррозии измеряют в граммах
разрушенного металла за I ч с 1 м2
металлической поверхности. Если эта величина не
превышает 0,1 г/м2 ч, металл считается
коррозионностойким, если она достигает от 3 до 10
г/м2, — малостойким. Металлы, теряющие с 1 м2
поверхности больше 10 г в час, называются
нестойкими.

Различают несколько видов коррозии:

- по характеру разрушения: сплошная, точечная,
язвенная, межкристаллическая и др. (особенно
опасна межкристаллическая коррозия, которая, не
разрушая металл с поверхности, распространяется
вглубь по границам составляющих металл
частиц-кристаллов);

- по природе агрессивных сред: воздушная,
почвенная, морская, биологическая (вызванная
водорослями, моллюсками, плесенью), газовая;

- по механизму возникновения: химическая,
электрохимическая.

Химическая коррозия протекает в средах, не
проводящих электрический ток (в газах, нефти), при
высоких температурах, когда невозможна
конденсация водяного пара. Ей подвергаются
арматура печей, детали двигателей внутреннего
сгорания, лопатки газовых турбин, аппаратура
химической промышленности.

Электрохимическая коррозия возможна в
присутствии влаги и распространена значительно
шире, чем химическая. Ей подвергаются подводные
части судов в морской и пресной воде,
металлические сооружения и конструкции под
водой и в атмосфере, паровые котлы, проложенные в
грунте трубопроводы, оболочки кабелей и др.

Станция «Историческая»

Люди издавна интересовались вопросами защиты
металлов от коррозии. Древнегреческий историк
Геродот (V в. до н. э.), древнеримский ученый Плиний
Старший (I в. н. э.) упоминают о применении олова
для защиты железа от ржавчины.

Средневековые алхимики мечтали о получении
нержавеющего железа.

В начале XIX в. по заказу одного миллионера была
построена яхта «Зов моря». Дно ее было обшито
монель-металлом (сплав меди и никеля), а рама руля
и другие детали были изготовлены из стали. Когда
яхту спустили на воду, возник гигантский
гальванический элемент, состоящий из катода
(монель-металла), стального анода и раствора
электролита — морской воды.

Последствия были ужасными! Еще до выхода в
открытое море яхта полностью вышла из строя.
«Зов моря» остался в истории мореплавания
примером конструкторской недальновидности.

В начале XIX в. один из основателей электрохимии
Г. Деви и его ученик М. Фарадей изучают процесс
электрохимической коррозии я публикуют работы. С
тех пор во многих странах мира было выполнено
очень много работ по изучению коррозии различных
материалов. Однако научно обоснованной теории
электрохимической коррозии не было.
Существовала лишь теория, выдвинутая в 1830 г.
швейцарским ученым Де ла Ривом, оказавшаяся
неверной.

Согласно этой теории, коррозии подвергается
материал, и котором есть инородные включения. В
1935 г. отечественный ученый А. И. Шултин объяснял
коррозию как индивидуальных металлов, так и
сплавов. Он рассмотрел механизм протекания
процесса коррозии и факторы, влияющие на его
скорость. В том же 1935 г. Я. В. Дурдин обосновал
растворение металлов в кислотах без наличия
инородных включений в них. Таким образом,
отечественные ученые сформулировали теорию
электрохимической коррозии металлических
материалов.

Станция «Домашнего экспериментирования»

Учащиеся станции заранее готовят отчет по
итогам домашнего эксперимента «Изучение
процесса коррозии железа», который был задан
за три недели до проведения урока. Для
оформления используются материалы учащихся
всего класса. Они объясняют результаты
эксперимента, отвечают на вопросы.

Станция «Практическая»

Большим достижением металлургов в защите от
коррозии стало создание коррозионностойкой
стали. Снижение содержания углерода нержавеющей
стали до 0,1% — один из способов создания
материала, стойкого к коррозии. В 1923 г. получили
наиболее типичную нержавеющую сталь -
хромоникелевую (18% хрома и 8% никеля). Первые тонны
нержавеющей стали в нашей стране выплавили в 1924
г. в Златоусте. Сейчас уже создан широкий
ассортимент коррозионностойких сталей. Это и
сплавы на железохромоникелевой основе, и особо
коррозионностойкие никелевые, легированные
молибденом и вольфрамом.

В январе 1986 г. в Брюсселе проходила
международная автомобильная выставка, на
которой демонстрировали более 1300 автомобилей из
трех десятков стран. Всеобщее внимание привлекли
машины шведской фирмы «Вольво», которая сумела
существенно повысить антикоррозионную
стойкость своей продукции и давала покупателям
соответствующую гарантию. Чтобы ни у кого не
возникло сомнений, фирма придумала оригинальную
рекламу: на одном из ее стендов был установлен
гигантский аквариум с водой, в котором, пока
функционировала выставка, все время находился
автомобильный остов, прошедший перед этим
специальную антикоррозионную обработку. «Не
знаем, как насчет восьми лет, — шутила одна из
бельгийских газет, — металлическая рыбка
«Вольво» не поржавела».

После обсуждения результатов ответа предлагаю
рассказать о мерах борьбы с коррозией,
сформулировать и обосновать способы защиты
металлов от нее.

Способы защиты металлов от коррозии
(презентация):

  1. Отделение металла от агрессивной среды
    (окраска, смазка, покрытие лаками, эмалями).
  2. Изготовление сплавов, стойких к коррозии.
  3. Защита металлов более активным металлом
    (например, оцинкованное железо). К доньям
    кораблей прикрепляют протекторы — слитки
    металла более активного, чем обшивка для корабля.

Анкета.

- Чем интересен, по-вашему, урок?

- С каким настроением вы уходите с урока?

- С какими трудностями вы столкнулись на уроке?

Задание 1. Какое из указанных ниже слов
исторически является однокоренным слову
«ржавчина»: зардеться, оранжевый, ржаной.

Ответ: В слове «ржавчина» корень рж — в слове
«ржаной» (образовано от рожь), тоже корень рж, но
значение иное. Слово «оранжевый» по смыслу
вполне можно связать с ржавчиной — ведь ржавое
железо имеет красновато-бурый оттенок. Но оно
заимствовано из европейских языков (вспомним
английское orange), и его корень имеет иной звуковой
состав. Глагол «зардеться» означает
«покраснеть». В нем выделяется корень рд — с
чередованием д//ж, которое часто встречается в
русском языке (судить — сужу, медведь -
медвежонок). Таким образом, только слова
«ржавчина» и «зардеться» связаны между собой и
по смыслу и по форме.

Задание 2. В стихотворении поэта В.
Шефнера «Пустырь» есть такие строки:

Коррозия — рыжая крыса,
Грызет металлический лом.

Всегда ли результат коррозии имеет рыжий цвет?
От чего это зависит?

III. Итог урока. Оценка и учет знаний

УЧИТЕЛЬ. Примерно 90 % всех используемых
человечеством металлов — это сплавы на основе
железа. Железа выплавляется в мире очень много,
примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря
уже о других металлах. Сплавы на основе железа
универсальны, технологичны, доступны, дешевы.
Железу еще долго быть фундаментом цивилизации.

А закончить урок мне бы хотелось словами
А.С.Пушкина, написанными им в 1826г.:

«Все мое», — сказало злато,
«Все мое», — сказал булат.
«Все куплю», — сказало злато,
«Все возьму», — сказал булат.

Как вы прокомментируете эти слова? Как они
относятся к нашему времени? Эти слова подходят к
людям, у которых есть деньги, власть. Но
существуют человеческие ценности, которые ни
купить, ни взять силой нельзя — это честность,
доброта, любовь. И мне очень хочется, чтобы вы
оставались, прежде всего, честными, порядочными
людьми.

Д/з подготовиться к конференции
«Выдающиеся русские ученые — химики», «Любимые
вещества».

Следующий: