Keemia ja materjaliõpetus praktikum nr 6 (2)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI3030 Keemia ja materjaliõpetus
Laboratoorne töö nr.
6
Töö pealkiri:
Redoksreaktsioonid ja metallide korrosioon
Õpperühm:
Töö teostaja :
Õppejõud:
Töö teostatud:
Protokoll esitatud:
Protokoll arvestatud:

Töö eesmärk

Tutvuda metallide korrosiooni mõningate enamlevinud ilmingutega.

Töövahendid

Katseklaasid, väike keeduklaas (50 cm3), tsentrifuugiklaas.

Kasutatavad ained

0,1M soolhape, 0,1M väävelhape, tsingi- ja alumiiniumigraanulid, vasktraat, vask(II) sulfaadi lahus, vask(II)kloriidi lahus, raud(II)sulfaadi lahus, kaaliumheksatsüanoferraat(III) lahus, tsingitud raudplekk , tinatatud raudplekk, rauast kirjaklambrid, tahke NaCl, urotropiin.

Katsed

Galvaanipaari moodustamine

Tsingigraanul asetada tsentrifuugiklaasi ning valada peale soolhappelahust. Kirjutada reaktsioonivõrrand. Milline aine on oksüdeerijaks, milline redutseerijaks?
Oksüdeerijaks on H:
Redutseerijaks on Zn:
Järgnevalt panna samasse tsentrifuugiklaasi (soolhappe lahusesse) vasktraat nii, et ta ei puutuks kokku tsingiga. Jälgida, kas vase pinnalt eraldub vesinikku. Põhjendada, miks vask ei reageeri lahjendatud soolhappega.
Vasktraadi lisamisel ei eraldu vase pinnalt vesinikku. Vask ei reageeri lahjendatud soolhappega, sest ta ei suuda sealt välja tõrjuda vesinikku. Vase pinnalt hakkab eralduma vesiniku alles siis, kui vasktraat viia kontakti tsingiga. Korrodeerub tsink, sest ta on reaktsioonis aktiivsem metall .
Nüüd viia vasktraat kontakti tsingiga ning jälgida, kas vase pinnalt hakkab eralduma vesinikku. Viies vase kontakti tsingiga soolhappe kui elektrolüüdi lahuses, tekib sisuliselt galvaanipaar . Tsink, kui galvaanipaaris negatiivsema potentsiaaliga metall, on anoodiks ja vask, kui galvaanipaaris positiivsema potentsiaaliga metall, on katoodiks. Kumb metall lahustub (korrodeerub)? Kirjutada anoodil ja katoodil toimuvate reaktsioonide võrrandid.
Anoodil toimuv reaktsioon :
Katoodil toimuvad reaktsioonid:

Asetada katseklaasi tsingigraanul ning valada peale umbes 3 cm3 CuSO4 lahust. Paari minuti möödudes valada lahus katseklaasist välja ning loputada tsingigraanulit ettevaatlikult paar korda vähese koguse destilleeritud veega. Mis on juhtunud tsingigraanuliga? Kirjutada reaktsioonivõrrand.
Tsingigraanuli omandas musta värvuse, peale tekkis vase kiht.
Reaktsioonivõrrand:
Teise katseklaasi asetada puhas tsingigraanul ning lisada mõlemasse katseklaasi umbes 3 cm3 soolhappelahust. Kummal juhul on reaktsiooni kiirus suurem (st H2 eraldub intensiivsemalt)? Põhjendada.
Reaktsioonikiirus pärast HCl lisamist on suurem mustaks tõmbunud tsingigraanulil. Selle on põhjus on, et Cl ioonid soodustavad reaktsiooni kiirust.

Asetada kahte katseklaasi alumiiniumigraanul. Ühte katseklaasi valada umbes 3 cm3 CuSO4 lahust, teise samapalju CuCl2 lahust. Millises katseklaasis toimub reaktsioon intensiivsemalt? Kumb anioonidest (Cl− või ) kiirendab reaktsiooni?
Intensiivsem reaktsioon on selles katseklaasis kus alumiiniumigraanul on koos CuCl2 lahusega.
Reaktsiooni kiirendab Cl-.
Kontrollida tehtud järeldust. Selleks lisada CuSO4 sisaldavasse katseklaasi veidi tahket NaCl ning jälgida, kas reaktsioon kiireneb . Esitada võrrand, mis kirjeldab alumiiniumi reaktsiooni vask(II)kloriidiga.
Reaktsioon kiireneb kui lisades CuSO4 katseklaasi tahket NaCl.

Fe2+ ioonide tõestamine lahuses

Fe2+ ioonide tõestamiseks lahuses kasutatakse kaaliumheksatsüanoferraat(III) lahust. Kui lahuses on Fe2+ ioone, siis K3[Fe(CN)6] lisamisel tekib Fe3[Fe(CN)6]2, mis on sinise värvusega.
Tõestusreaktsiooni läbiviimiseks ja tekkiva ühendi värvuse kindlakstegemiseks valada katseklaasi umbes 2 cm3 destilleeritud vett, lisada kolm tilka raud(II)sulfaadi lahust ning seejärel kaks tilka K3[Fe(CN)6] lahust.
Mis värvi ühend tekkis? Teha järeldus, kas lahuses sisaldub Fe2+ ioone.
Tekkinud ühend võttis tumesininse värvuse. Järelikult lahuses sisaldus Fe2+ ioone.
Tõestusreaktsiooni võrrand:

Metallilised kaitsekatted

Valada kahte katseklaasi umbes 3 cm3 väävelhappelahust ja lisada kaks tilka Fe2+ ioonide tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Ühte katseklaasi panna tükike tsingitud raudplekki, teise tükike tinaga kaetud raudplekki. Jälgida, kummas katseklaasis on plekiservade ümbruses näha sinist värvust st kummas katseklaasis tekivad lahusesse Fe2+ ioonid (korrodeerub raud).
Plekiääred muutusid sinakaks katseklaasis kus oli tükike tinaga kaetud raudplekki.
Mis on anoodiks ja katoodiks esimesel juhul, mis teisel juhul? Kirjutada mõlema katse kohta anoodil ja katoodil toimuvate reaktsioonide võrrandid.
Esimesel juhul:
Anood (Zn):
Katood (Fe):
Teisel juhul:
Katood (Fe):
Anood (Sn):
Millisel juhul on tegemist anoodse, millisel juhul katoodse kaitsekattega? Kummal juhul on kaitsekatte vigastused ohtlikumad?
Esimesel juhul on tegemist anoodse kaitsekihiga, antud juhul on kaitsekatte vigastused ohtlikumad. Teisel juhul on tegemist katoodse kaitsekihiga.

Protektorkaitse

Valada katseklaasi umbes 5 cm3 ja väikesesse keeduklaasi ligikaudu 1 cm kõrguseni väävelhappelahust ning lisada mõlemasse klaasi kaks tilka Fe2+ ioonide tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Keeduklaasi asetada tükk raudtraati (rauast kirjaklamber ) ja tsingigraanul nii, et nad kokku ei puutu. Katseklaasi asetada raudtraadiga (kirjaklambiga) kokkuühendatud tsingigraanul (protektor). Jälgida, kummas klaasis toimub intensiivsem raua korrosioon (on märgata rohkem sinist värvust). Millega seda seletada?
Intensiivsem raua korrosioon toimub keeduklaasis – seal kus tsingigraanul ja kirjaklamber on eraldi. See on tingitud sellest, et raud osutub anoodiks. Seega kui ühendada raua külge mõni temast negatiivsema potentsiaaliga metallitükk ( elektrood ) saab viimasest anood. Raud on katoodiks, mille pinnal redutseerub õhuhapnik, raud ise säilib.
Mis on kokkuühendatud metallide korral anoodiks, mis katoodiks? Esitada anoodil ja katoodil toimuvate reaktsioonide võrrandid.
Anood (Zn):
Katood (Fe):

Inhibiitori toime

Valada kahte katseklaasi umbes 5 cm3 väävelhappelahust ja lisada kaks tilka Fe2+ ioonide tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Teise katseklaasi lisada spaatliga tahket korrosiooniinhibiitorit— urotropiini ning loksutada . Võimalikult korraga asetada esimesse ja teise katseklaasi puhas raudtraat (puhas kirjaklamber). Fikseerida, mis järjekorras ja millise intensiivsusega tekib lahustesse sinist värvust.
Sinine värvus tekkis ennem sellesse katseklaasi, millele sai lisatud K3[Fe(CN)6]. Järelikult inhibiitoriga katseklaasis tekib raua korrosion aeglasemalt kui Inhibiitorita katseklaasis.

Kokkuvõte

Läbiviidud katse tulemustest võib teha järelduse, et inhibiitor aeglustab tunduvalt raua korrosioni.