Домашний эксперимент, страница 31, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Изучение коррозии

Возьмите три стальных гвоздика и поместите каждый в водопроводную воду, соленую воду, воду, содержащую соду. Определите, в каком случае коррозия прошла сильнее. Запишите свои наблюдения.

Для выполнения этого задания необходимо провести эксперимент и проанализировать его результаты с точки зрения химии. Коррозия стали (сплава на основе железа) представляет собой электрохимический процесс, для протекания которого необходимы два основных компонента: кислород (обычно из воздуха) и вода, которая выступает в роли электролита (среды, проводящей электрический ток).

Скорость коррозии сильно зависит от состава водной среды. Рассмотрим наблюдения для каждого из трех случаев.

Водопроводная вода

Поместив стальной гвоздик в водопроводную воду, через некоторое время (от нескольких часов до суток) можно будет наблюдать появление на его поверхности рыже-бурых пятен и отложений. Это ржавчина, которая химически представляет собой гидратированный оксид железа(III) с примерной формулой $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$. Водопроводная вода содержит растворенный кислород и небольшое количество минеральных солей, что делает её электролитом и создает условия для протекания коррозии с умеренной скоростью. Этот опыт служит точкой отсчета для сравнения с другими средами.

Соленая вода

В соленой воде (раствор поваренной соли $NaCl$) процесс коррозии протекает значительно быстрее и интенсивнее. Уже через короткое время гвоздик покроется обильным, рыхлым слоем ржавчины, а вода вокруг него окрасится в бурый цвет. Причина такого резкого ускорения заключается в том, что хлорид натрия является сильным электролитом. В воде он диссоциирует на ионы $Na^+$ и $Cl^-$, которые существенно повышают электропроводность раствора. Это облегчает ионный обмен между участками металла, выступающими в роли анода и катода, и, как следствие, ускоряет весь электрохимический процесс ржавления. Кроме того, хлорид-ионы ($Cl^-$) агрессивны по отношению к защитной оксидной пленке на поверхности железа, разрушая ее и способствуя более быстрой коррозии.

Вода, содержащая соду

В растворе соды (например, карбоната натрия $Na_2CO_3$) стальной гвоздик будет защищен от коррозии. Его поверхность останется блестящей на протяжении длительного времени, либо на ней образуется лишь тончайшая, практически невидимая защитная пленка. Это связано с тем, что соли слабых кислот и сильных оснований (каковой является сода) при растворении в воде создают щелочную среду (рН > 7) из-за процесса гидролиза:

$CO_3^{2-} + H_2o \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$

В щелочной среде на поверхности железа формируется плотная, устойчивая пленка из гидроксидов, которая изолирует металл от агрессивного воздействия кислорода и воды. Этот процесс называется пассивацией. Таким образом, сода выступает в роли ингибитора (замедлителя) коррозии.

Таким образом, сравнивая результаты трех экспериментов, можно сделать вывод, что наиболее агрессивной средой для стали является соленая вода. Водопроводная вода вызывает умеренную коррозию, а раствор соды, наоборот, защищает металл от разрушения.

Ответ: Коррозия прошла сильнее в соленой воде.