Redoksreaktsioonid ja metallide korrosioon (0)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI3030 Keemia ja materjaliõpetus
Laboratoorne
töö nr.
6
Töö pealkiri: Redoksreaktsioonid ja metallide korrosioon
Õpperühm:
MASB11
Töö teostaja : Aleks Mark
Õppejõud:
Andre Roden
Töö teostatud:
20.11.15
Protokoll esitatud:
Protokoll arvestatud:

1.Töö eesmärk

Tutvuda metallide korrosiooni mõningate enamlevinud ilmingutega.

2.Kasutatud mõõteseadmed ,töövahendid ja kemikaalid

Töövahendid:
Katseklaasid, väike keeduklaas (50 cm3), tsentrifuugiklaas
Kasutatud ained:
0,1 M soolhape, 0,1 M 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 . ZnCl2

3.Töö käik

3.1 Galvaanipaari moodustamine
Asetasin tsingikraanuli tsentrifuugiklaasi ja valasin peale soolhappelahust.
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H2
Redutseerija Zn
Oksüdeerija H+
Zn - 2e⁻ → Zn²⁺
2H⁺ + 2e⁻ → H2
3.1.1
Järgnevalt asetasin samasse tsentrifuugiklaasi (soolhappelahusesse) vasktraadi nii, et see ei puutuks kokku tsingiga. Jälgisin, kas vase pinnalt eraldub vesinikku. Vasktraadi asetamisel soolhappesse ei eraldu vesinikku, sest vase redokspotensiaal on liiga suur (vesinikust suurem).
Seejärel viisin vasktraadi kontakti tsingigraanuliga ja jälgisin, kas vase pinnalt hakkab eralduma vesinikku. Nägin , et vasktraadi pinnalt eraldus vesinikku, sest viies vase kontakti tsingiga soolhappe kui elektrolüüdi lahuses, tekib sisuliselt Galvaanipaar , milles vask on katoodiks, sest ta redokspotensiaal on kõrgem. Katoodi ehk vasktraadi pinnal toimus vesinikku redutseerumine. Anoodiks oli tsingigraanul, mis lahustub ehk oksüdeerub, sest ta on negatiivse potensiaaliga Galvaanipaari osa.
3.1.2
Asetasin katseklaasi tsingigraanuli ning valasin peale ∼3 cm3 CuSO4 lahust. Paari minuti möödudes valasin lahuse katseklaasist välja ning loputasin tsingigraanulit ettevaatlikult paar korda vähese koguse destilleeritud veega. Tsingigraanulile oli tekkinud must vasekiht ning oli tekkinud Galvaanipaar.
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Oksüdeerija:Cu²⁺
Redutseerija:Zn
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Zn -2e⁻ → Zn²⁺
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
Teise katseklaasi asetasin puhta tsingigraanuli ning lisasin mõlemasse katseklaasi ∼3 cm3 soolhappelahust. Esimeses katseklaasis kulges reaktsioon kiiremalt, sest tsingigraanulist sai seal anood .
Zn + HCl → ZnCl2 + H2
Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ +H2
Oksüdeerija:H⁺
Redutseerija:Zn
Anood:Zn -2e⁻ → Zn2+
Katood :2H⁺ + 2e⁻→ H2
3.1.3
Asetasin kahte katseklaasi alumiiniumigraanuli. Ühte katseklaasi valasin ∼3 cm3 CuSO4 lahust, teise samapalju CuCl2 lahust. Teises katseklaasis toimus reaktsioon intensiivsemalt. Järelikult kloriidioonid (Cl−) kiirendasid reaktsiooni. Järelduse kontrollimiseks lisasin esimesse katseklaasi veidi NaCl- i. Esimeses katseklaasis tõepoolest reaktsioon kiirenes.
2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu
Al + Cu²⁺ → Al³⁺ + Cu
Oksüdeerija:Cu²⁺
Redutseerija:Al
Al -3e⁻ → Al³⁺
Cu²⁺ +2e⁻ → Cu
2Al + 3CuCl2 → 2AlCl3 + 3Cu
Oksüdeerija:Cu²⁺
Redutseerija: Al
Al -3e⁻ → Al³⁺
Cu²⁺ +2e⁻ → Cu
3.2 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.
Tõestusreaktsioon:
3FeSO4(vl) + 2K3[Fe(CN)6](vl) = Fe3[Fe(CN)6]2(t,v) + 3K2SO4(vl)
Tõestusreaktsiooni läbiviimiseks ja tekkiva ühendi värvuse kindlakstegemiseks valada katseklaasi ∼2 cm3 destilleeritud vett, lisada kolm tilka raud(II)sulfaadi lahust ning seejärel kaks tilka K3[Fe(CN)6] lahust. Tekkis sinine lahus seega lahuses on Fe²⁺ ioone.
3.3 Metallilised kaitsekatted
Valasin kahte katseklaasi ∼3 cm3 väävelhappelahust ja lisasin kaks tilka Fe2+ ioonide tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Ühte katseklaasi panna tükike tsingitud raudplekki, teise tükike tinaga kaetud raudplekki. Jälgisin, kummas katseklaasis on plekiservade ümbruses näha sinist värvust st kummas katseklaasis tekivad lahusesse Fe2+ ioonid (korrodeerub raud).
Esimene katseklaas :
anoodne kaitse ,
Zn korrodeerub
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Zn + 2H⁺→ Zn²⁺ + H2
Oksüdeerija:H⁺
Redutseerija:Zn
anood:Zn - 2e⁻→ Zn²⁺
katood:2H⁺ + 2e⁻ → H2
katood: Fe
Teine katseklaas:
katoodne kaitse
Fe + H2SO4→ FeSO4 + H2
Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H2
Oksüdeerija: H⁺
Redutseerija:Fe
anood:Fe - 2e⁻ → Fe²⁺
katood(Sn-pinnal):2H⁺ +2e⁻ → H2
Tinakatte puhul on kaitsekatte vigastused ohtlikumad , sest raud ei tohi oksüdeerijaga kokku puutuda.
3.4 Protektorkaitse
Valasin katseklaasi ∼5 cm3 ja väikesesse keeduklaasi ∼1 cm kõrguseni väävelhappelahust ning lisasin mõlemasse klaasi kaks tilka Fe2+ ioonide tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Keeduklaasi asetasin rauast knopka ja tsingigraanuli nii, et nad kokku ei puutuks. Katseklaasi asetada kirjaklambiga kokkuühendatud tsingigraanul (protektor). Knopka korrodeerub kiiremini, sest keeduklaasis olev tsingigraanul ei puutu rauast knopkaga kokku ja ei tekita galvaanipaari ja selle pärast ei saa tsingigraanul kaitsta rauast knopkat korrosiooni eest. Katseklaasis olev tsingikraanul on anood ja rauast kirjaklamber on katood. Tsingikraanul hakkab oksüdeeruma ja kaitseb seeläbi kirjaklambrit korrosiooni eest.
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Zn + 2H⁺ → Zn2+ + H2
Oksüdeerija:H⁺
Redutseerija:Zn
anood:Zn – 2e⁻ = Zn²⁺
katood:2H⁺(v) + 2e⁻ = H2
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
Oksüdeerija:H⁺
Redutseerija:Fe
Fe²⁺ +2e⁻ → Fe
2H⁺ -2e⁻ → H2
3.5 Inhibiitori toime
Valasin kahte katseklaasi ∼5 cm3 väävelhappelahust ja lisasin kaks tilka Fe2+ ioonide tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Teise katseklaasi lisasin spaatliga tahket korrosiooni- inhibiitorit — urotropiini ning loksutasin. Korraga asetasin esimesse ja teise katseklaasi puhta kirjaklambri . Inhibiitorita katseklaasis oli sinist värvust märgata juba varakult. Inhibiitoriga katseklaasis oli sinust värvust märgata hiljem ja värvi muutus ei olnud eriti intensiivne võrreldes esimese katseklaasiga. Inhibiitoriga katseklaasis hakkas raud korrodeeruma hiljem ja aeglasemalt kui esimeses katseklaasis. Järelikult inhibiitor pidurdas reaktsiooni kiirust.
Fe + H2SO4→ FeSO4 + H2
Fe -2e⁻ → Fe²⁺
2H⁺ +2e⁻→ H2
Oksüdeerija:H⁺
Redutseerija:Fe

4. Kokkuvõte ja järeldused

Tutvusin elektrokeemilise korrosiooniga ja selle ennetamisega. Katsetasime erinevaid viise, kuidas elektrokeemilist korrosiooni ennetada.
Esimene meetod, mida me katsetasime oli galvaanipaaride moodustamine.
Galvaanipaare moodustades on võimalik kaitsta materjale korrosiooni eest.
Cl⁻ioonid kiirendavad reaktsiooni rohkem, kui SO4²⁻ ioonid.
Et silmaga näha korrosiooni toimumist kasutatakse kaaliumheksatsüanoferraat(III) lahust, mis Fe²⁺ ioonide olemasolul värvub lahuses siniseks .
Tinakate ei sobi keskkonda, kus see tõenäoliselt kriimustada saab, sest kui tinakate saab vigastada, siis see kiirendab kaitstava materjali korrodeerumist. Kui tsinkkate saab vigastada, siis käitub see anoodina ja kaitseb rauda korrosiooni eest. Aga tinakatte see-eest ei korrodeeru nii kiiresti kui tsinkkate.
Protektorkaitse seisneb raua ühendamises mõne temast negatiivsema potensiaaliga metalliga. Tekib galvaanipaar ja negatiivsema potensiaaliga metall (protektor) hakkab korrodeeruma raua asemel.
Inhibiitorkaitse on efektiivne vahend korrosioonitõrjumisel. Katsel kasutatud urotropiin aeglustas tunduvalt raudknopka korrosiooni võrreldes inhibiitori-vaba knopka korrosiooniga.