پاورپوینت درباره خوردگی، یک واکنش اکسایش کاهش ناخواسته (pptx) 25 اسلاید
دسته بندی : پاورپوینت
نوع فایل : PowerPoint (.pptx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد اسلاید: 25 اسلاید
قسمتی از متن PowerPoint (.pptx) :
فصل 2:
خوردگی و رقابت برای اکسایش
پایه دوازدهم
خوردگی، یک واکنش اکسایش - کاهش ناخواسته
سالانه صدها میلیون تن از فلزهای گوناگون برای ساختن اسکله نفتی، اسکلت ساختمان، پل، کشتی، لوکوموتیو و راه آهن، خودرو، هواپیما و... مصرف می‌شود. هنگامی که فلزها در هوا قرار می‌گیرند، اغلب اکسایش یافته و به شکل اکسید در می‌آیند. در فلزهایی مانند آهن با ادامه اکسایش، لایه‌ای ترد و شکننده تشکیل می‌شود که به تدریج فرو می‌ریزد. در این حالت می‌گویند فلز خورده شده است.
از آنجا که آهن پر مصرف‌ترین فلز در جهان است، خوردگی آن خسارت‌های هنگفتی به اقتصاد کشورها وارد می‌کند به طوری که سالانه حدود 20 درصد از آهن تولیدی برای جایگزینی قطعه‌های خورده شده مصرف می‌شود.
پتانسیل کاهشی اغلب فلزها منفی بوده اما پتانسیل کاهشی اکسیژن مثبت است. با این توصیف اکسیژن به عنوان اکسنده تمایل دارد با گرفتن الکترون از فلزها، آنها را اکسید کند. هنگامی که وسایل آهنی در هوای مرطوب قرار گیرند، یک واکنش اکسایش کاهش انجام می‌شود. واکنشی که به طور طبیعی باعث اکسایش آهن می‌شود و از زیبایی و استحکام آن می‌کاهد (شکل ۱۳).
خوردگی
به فرایند ترد شدن، خرد شدن و فروریختن فلزها بر اثر واکنش اکسایش کاهش گفته می‌شود. زنگ زدن آهن، تیره شدن نقره و زنگار سبز بر سطح مس نمونه‌هایی از خوردگی هستند.
1- با توجه به شکل بالا و نیم واکنش‌های انجام شده در آن به پرسش‌ها پاسخ دهید.
Fe(s)→Fe2+(
aq
)+.....
O2(g)+H2O(l)+...→OH−(
aq
)
آ) هر یک از نیم واکنش‌ها را موازنه کنید.
ب) با توجه به اینکه زنگ آهن حاوی یون آهن (
III)
است، نیم واکنش اکسایش یون آهن (
II)
به یون آهن (
III)
را بنویسید.
پ) فراورده نهایی خوردگی، زنگ آهن بوده که فرمول شیمیایی آن
Fe(OH)3
است. اگر معادله واکنش کلی زنگ زدن آهن به صورت زیر باشد، آن را موازنه کنید.
Fe(s)+H2O(l)+O2(g)→Fe(OH)3(s)
2-
با توجه به نیم واکنش‌های زیر توضیح دهید چرا :
O2(g)+4H+(
aq
)+4e...→2H2O(l)E∘=+1/23V
O2(g)+2H2O(l)+4e...→4OH−(
aq
)E∘=+0/40V
Au3+(
aq
)+3e...→Au(s)E∘=+1/50V
Fe2+(
aq
)+2e...→Fe(s)E∘=+0/44V
آ) خوردگی آهن در محیط اسیدی به میزان بیشتری رخ می‌دهد؟
ب) با گذشت زمان فلز طلا در هوای مرطوب و حتی در اعماق دریا همچنان درخشان باقی می‌ماند؟
پی بردید که فلزهای نجیبی مانند طلا و پلاتین حتی در محیط‌های اسیدی اکسایش نمی‌یابند اما وسایل آهنی در هوای مرطوب دچار خوردگی می‌شوند. واکنش ناخواسته‌ای که در شهرهای بندری و ساحلی بیشتر خودنمایی می‌کند. بدیهی است که برای جلوگیری از خوردگی آهن، ساده‌ترین راه ایجاد یک پوشش محافظ است تا از رسیدن اکسیژن و رطوبت به آهن جلوگیری کند. پوششی که با روش‌هایی مانند رنگ زدن، قیراندود کردن و روکش دادن ایجاد می‌شود. باید توجه داشت که چنین روش‌هایی نمی‌توانند به طور کامل از خوردگی پیشگیری کنند زیرا به تدریج رطوبت و اکسیژن از روزنه‌های این پوشش‌ها به درون نفوذ کرده و به سطح آهن می‌رسند و خوردگی دوباره آغاز می‌شود. با توجه به آنچه که آموخته‌اید چه روش دیگری پیشنهاد می‌کنید که تا حد امکان آسیب‌ها و زیان‌های خوردگی را کاهش دهد؟
پیوند با صنعت
فداکاری فلزها برای حفاظت آهن
هنگامی که دو فلز در هوای مرطوب با هم در تماس باشند، برای اکسایش یافتن با یکدیگر رقابت می‌کنند. بدیهی است که فلز کاهنده‌تر در این رقابت برنده می‌شود. برای پیش بینی فلز برنده باید از پتانسیل کاهشی استاندارد کمک گرفت. اینک به
E∘
فلزهای زیر توجه کنید.
E∘(Cu2+/Cu)=+0/34V
E∘(Zn2+/Zn)=−0/76V
E∘(Fe2+/Fe)=−0/44V
E∘(Mg2+/Mg)=−2/37V
تصور کنید فلز روی یا منیزیم در هوای مرطوب با آهن تماس داشته باشد، با توجه به
E∘
آنها بی شک روی یا منیزیم است که در رقابت برنده شده و اکسید می‌شود. اکسایشی که نشان از فداکاری آنها داشته و سبب پیشگیری از اکسایش آهن خواهد شد. این در حالی است که اگر فلز مس در تماس با آهن باشد در این رقابت، آهن دچار خوردگی می‌شود. اینک می‌پذیرید که مهندسین با تکیه بر دانش الکتروشیمی توانسته‌اند رو‌ش‌های عملی و مؤثرتری برای حفاظت از آهن در محیط‌های گوناگون به کارگیرند (شکل ۱۴).
فداکاری فلز روی برای حفاظت از آهن سبب شد تا در صنعت ورقه‌های آهنی با پوششی از فلز روی تهیه شود. این نوع آهن به
آهن گالوانیزه
(آهن سفید) معروف است و در ساخت تانکر آب، کانال کولر و... به کار می‌رود. هنگامی که خراشی در سطح آهن گالوانیزه پدید می‌آید، هر دو فلز در مجاورت اکسیژن و رطوبت قرار می‌گیرند و برای اکسایش رقابت می‌کنند. بدیهی است که فلز روی اکسید شده و آهن محافظت می‌شود (شکل ۱۵).