Домашний эксперимент, страница 52 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Изучаем коррозию

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

Для ответа на этот вопрос необходимо понимать основы процесса коррозии металлов. Коррозия стали — это электрохимический процесс разрушения металла под воздействием окружающей среды. Для его протекания в данном эксперименте ключевую роль играют вода (как среда) и растворенный в ней кислород (как окислитель). Скорость коррозии сильно зависит от состава воды.

В водопроводной воде

Стальной гвоздь, помещенный в водопроводную воду, будет корродировать. На его поверхности со временем (от нескольких часов до суток) появятся бурые пятна ржавчины. Это происходит потому, что водопроводная вода содержит растворенный кислород и небольшое количество минеральных солей, что делает ее слабым электролитом. Этой среды достаточно для протекания электрохимических реакций. Железо ($Fe$) на анодных участках окисляется ($Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$), а кислород на катодных участках восстанавливается ($O_2 + 2H_2o + 4e^- \rightarrow 4OH^-$). Взаимодействие ионов $Fe^{2+}$ и $OH^-$ приводит к образованию гидроксида железа(II) $Fe(OH)_2$, который далее окисляется кислородом воздуха до гидратированного оксида железа(III) $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$ — ржавчины. Процесс идет с умеренной скоростью.

В соленой воде

В соленой воде (растворе хлорида натрия $NaCl$) коррозия будет протекать значительно быстрее и интенсивнее. Гвоздь покроется обильным рыхлым слоем ржавчины за более короткий промежуток времени. Это связано с тем, что растворенные соли (электролиты) резко повышают электропроводность воды. Ускоряется перенос заряда между анодными и катодными участками на поверхности металла, что интенсифицирует весь процесс коррозии. Кроме того, ионы хлора ($Cl^-$) разрушают пассивную оксидную пленку, которая могла бы защищать металл, и способствуют образованию очагов коррозии.

В воде, содержащей соду

В воде с растворенной содой (например, карбонатом натрия $Na_2CO_3$) коррозия стального гвоздя будет сильно замедлена или вовсе не будет наблюдаться. Гвоздь останется блестящим на протяжении долгого времени. Причина в том, что раствор соды имеет щелочную реакцию среды ($pH > 7$). В щелочной среде на поверхности железа формируется тонкая, но плотная и прочная пассивирующая пленка из оксидов и гидроксидов. Эта пленка является барьером, который препятствует контакту металла с кислородом и водой, эффективно защищая его от разрушения. Вещества, замедляющие коррозию, называются ингибиторами.

Сводные наблюдения и выводы

На основании теоретических предпосылок можно ожидать следующие наблюдения:

1. Гвоздь в соленой воде: наиболее быстрая и сильная коррозия, большое количество бурой ржавчины.

2. Гвоздь в водопроводной воде: умеренная коррозия, появление ржавчины через некоторое время.

3. Гвоздь в воде с содой: самая слабая коррозия или ее полное отсутствие, гвоздь остается чистым.

Таким образом, сила коррозии убывает в ряду: соленая вода > водопроводная вода > вода с содой.

Ответ: Коррозия оказалась сильнее всего в соленой воде. В водопроводной воде наблюдалась умеренная коррозия, а в воде с содой коррозия была наименее выражена или отсутствовала, так как щелочная среда ингибирует (замедляет) этот процесс.