Üldine keemia praktikum 6 (0)

Töö ülesanne ja eesmärk Laboratoorse töö nr. 6 ülesanne seisnes erinevate metallide ning nende ühenditega katsete läbiviimises selleks, et analüüsida korrosiooniteket mõjutavaid faktoreid ja põhjuseid, mille abil on võimalik tutvuda metallide korrosiooni enamlevinud ilmingutega. Sissejuhatus Redoksreaktsioon – keemiline reaktsiooni, mille käigus aatom (või ioon) liidab või loovutab elektrone. Elektronide liikumise käigus muutub ka aatomi oksüdatsiooniaste Redutseerija – aine või ioon, mille koostises olevad aatomid loovutavad elektrone Oksüdeerija – Aine või ioon, mis seob ema struktruuri elektrone Redokspotentsiaal   –  Tasakaaluline   elektroodipotentsiaal,   mis   iseloomustab   süsteemi oksüdeerivaid   või   redutseerivaid   omadusi.   Kui   potentsiaal   on   negatiivne,   domineerivad redutseerivad omadused, kui positiivsed, siis vastupidi Vesinikelektrood   –  Elektrijuht,   millel   kasutatakse   vesinikgaasi.   Kasutatakse   metallide potentsiaali kindlaks määramisel. Standardne   redokspotentsiaal   –  Vesinikelektroodi   potentsiaal   standardtingimustel. Loetakse võrdseks nulliga (E° = 0 V). Mida positiivsem, seda tugevam on oksüdeerijana Katood   –  Elektriseadme   elektrood,   millelt   väljuvad   negatiivse   elektrilaengu   kandjad (elektronid või anioonid) anoodi poole. Katoodiks on elektrood, mille E° on suurem Anood   –  Elektriseadme   elektrood,   millele   liiguvad   katoodilt   negatiivse   laengu   kandjad. Anoodiks on elektrood, mille E° on väiksem. Elektrolüüt – aine, mille lahused või sulatised juhivad elektrit Galvaanipaar – Elektrolüüdi lahuses kokkupuutes olevad kaks erinevat metalli Korrosioon   –  Materjalide   hävimine,   mis   on   tingitud   ümbritseva   keskkonna   mõjust   ja reaktsioonidest   ümbritsevas   keskkonnas   sisalduvate   ainetega.   Liigitub   neljaks:   keemiline, elektrokeemiline, bio- ja erosioonkorrosioon.


Kasutatud töövahendid Katseklaasid, väike keeduklaas, tsentrifuugiklaas Kasutatud ained 0,1   M   soolhape,   0,1   M   väävelhape,   0,2   M   vask(II)sulfaadi   lahus,   vask(II)kloriidi   lahus, raud(II)sulfaadi lahus, kaaliumheksatsüanoferraat(III) lahus, tsingi- ja alumiiniumigraanulid, vasktraat,   tsingitud   raudplekk,   tinatatud   raudplekk,   rauast   kirjaklambrid,   tahke   NaCl, urotropiin. Uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodika Töö jooksul oli vaja läbi viia viis erinevat korrosiooniga seotud katset, millest neljanda tegi läbi   õppejõud   ning   näitas   kõigile   ette.   Esimese   katse   sisuks   oli   galvaanipaaride moodustamine,   mis   algas   tsingigraanuli   asetamisest   tsentrifuugiklaasi,   millele   tuli   juurde valada 3cm3 soolhappelahust. Seejärel oli vaja panna samasse klaasi vasktraat nii, et poleks kokkupuudet tsingiga. Järgnevalt oli vaja viia vasktraat kontakti ning jälgida saadud tulemusi. Katse teine osa hõlmas endas tsingigraanulit, mida tuli asetada katseklaasi ning peale valada CuSO4 lahust. Lasta sellel paar minutit lahuses olla ning seejärel loputada destileeritud veega. Pärast   seda   tuli   võrrelda   selle   tsingitüki   reaktsiooni   puhta   tsingigraanuliga   soolhappes. Esimese   katse   kolmas   osa   algas   kahest   alumiiniumigraanulist,   millest   ühe   pidi   asetama katseklaasi, kus oli CuSO4  ja teise CuCl2  lahusesse. Vask(II)sulfaadi lahusesse lisaks tuli manustada ka veidi keedusoola. Laboratoorse töö teine katse kujutas endast Fe2+ ioonide tõestamist lahuses. Selleks oli vaja kasutada kaaliumheksatsüanoferraadi(III) lahust. Katse läbiviimiseks tuli katseklaasi lisada destilleeritud vett ning seejärel kolm tilka raud(II)sulfaati ja kaks tilka K3[Fe(CN)6] lahust ning jälgida, kuidas muutub värvus. Kolmanda katse puhul oli tegemist metalliliste kaitsekatete uurimisega. Töö käigus oli vaja valada   kahte   katseklaasi   3cm3  väävelhappelahust   ja   kaks   tilka kaaliumheksatsüanoferraadi(III) lahust. Ühte katseklaasi lisada tsingitud raudplekki ja teise tinaga kaetud. 


Neljas katse, mille viis läbi õppejõud, oli protektorkaitse testimiseks. Mõlemasse, nii keedu-, kui   ka   katseklaasi   tuli   valada   väävelhappelahust   ja   lisada   tõestusreaktiivi kaaliumheksatsüanoferraati(III). Keeduklaasi asetada tükk raudtraat ja tsingigraanul nii, et nad puutuks kokku. Teisalt oli vaja vaja katseklaasi asetada tsingigraanul, mis on ühendatud raust kirjaklambriga ning jälgida, mis muutus. Viies katse katsetas inhibiitori toimet. Valada tuli kahte katseklaasi 5cm3 väävelhappelahust ja   lisada   tõestusreaktiivi   (K3[Fe(CN)6]).   Ühte   katseklaasi   lisada   korrosiooni   inhibiitorit urotropiinin ning seejärel loksutada. Samaaegselt asetada mõlemasse lahusesse raudtraat ning jälgida erinevust. Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs Katse 1: 1.1.1 (tsingigraanul ja soolhappelahus) Zn + HCl → ZnCl2 + H2 Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 Redutseerija Zn Oksüdeerija H+ Zn – 2e- → Zn2+ 2H+ + 2e- → H2 1.1.2 (vasktraat ja soolhappelahus) Vasktraadi   asetamisel   soolhappesse   ei   eraldu   vesinikku,   sest   vase   redokspotentsiaal   on vesinikust suurem:


1.1.3 (vasktraat kontaktis tsingiga) Vasktraadi pinnalt eraldus vesinikku, sest metallide vahel tekib galvaanipaar, mille katoodiks on vask, kuna tema redokspotentsiaal on kõrgem. Anoodiks on tsink, ehk tema oksüdeerub ning see tähendab, et ka korrodeerub. Oksüdeerija: H ⁺ Redutseerija: Zn Zn + 2H  → Zn²  + H ⁺ ⁺ 2 Zn -2e  → Zn² ⁻ → Zn²⁺ ⁺ 2H  + 2e  → H ⁺ ⁻ → Zn²⁺ 2 1.2.1 (tsingigraanul ja CuSO4) Tsingigraanulile oli tekkinud vasekiht ning oli tekkinud galvaanipaar. Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu 1.2.2 (vasekihiga tsingigraanul soolhappes) Katseklaasis, kus oli vasekihiga tsingigraanul, toimus reaktsiooni kiiremini, kui seal kus oli puhas tsink, sest tsingigraanulist sai selles keskkonnas anood.  1.3 (alumiiniumgraanul) CuCl2-ga   toimus   reaktsioon   intensiivsemalt.   Järelikult   kloriidiioonid   (Cl-)   kiirendavad reaktsiooni. Lisades NaCl-i CuSO4 sisaldavasse lahusesse reaktsioon kiirenes. 2Al + 3CuCl2 → 2AlCl3 + 3Cu Oksüdeerija: Cu² ⁺ Redutseerija: Al Al  -3e  → Al³ ⁻ → Zn²⁺ ⁺ Cu²  +2e  → Cu ⁺ ⁻ → Zn²⁺  


Katse 2: Fe2+ ioonide tõestamine lahuses Raud(II)sulfaadi   lisamisel   vette   muutus   lahus   kollaseks.   Kui   sellele   lisada   (K3[Fe(CN)6]) tõestusreaktiivi, muutus lahus tumesiniseks seega lahuses on Fe2+ ioone. Reaktsioon toimus järgmiselt: 3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] → Fe3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4 Katse 3: Metallilised kaitsekatted Tinaga kaetud tükil tekib sinine värvus ümber. Tsingi puhul sinist värvust ei tekkinud.  Esimesel (tsingitud) puhul toimub: Zn korrodeerub Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 Zn + 2H ⁺→ Zn²  + H ⁺ 2 Oksüdeerija: H ⁺ Redutseerija: Zn Zn - 2e → Zn²   ⁻ → Zn²⁺ ⁺ 2H  + 2e  →  H ⁺ ⁻ → Zn²⁺ 2 Kaitse on anoodne Teisel (tinatatud) puhul toimub: Fe + H2SO4→ FeSO4 + H2 Fe + 2H ⁺ → Fe²  + H ⁺ 2 Oksüdeerija: H ⁺ Redutseerija: Fe Fe - 2e  → Fe² ⁻ → Zn²⁺ ⁺


(Sn-pinnal) 2H  +2e ⁺  → H ⁻ → Zn²⁺ 2 Kaitse on katoodne Tinakatte puhul on vigastused ohtlikumad, sest tina potentsiaal on raua omast positiivsem, ehk vigastuste korral kiireneb raua roostetamine. Katse 4: Protektorkaitse Seal   kus   tsink   ja   raud   on   ühendatud,   moodustub   galvaanipaar   ning   tsink   kaitseb   rauda korrosiooni   eest.   Tsingigraanul   on   anoodiks   ja   raud   katoodiks,   ehk   tsink   hakkab oksüdeeruma. Kui metallid on üksteisest eraldi, ei moodustu galvaanipaar ja tsink ei kaitse rauda, ehk korrodeerub raud ning tekib lahusesse sinine värvus Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 Zn + 2H ⁺ → Zn2+ + H2 Oksüdeerija:H ⁺ Redutseerija:Zn Zn – 2e  = Zn² ⁻ → Zn²⁺ ⁺ 2H  + 2e  = H ⁺ ⁻ → Zn²⁺ 2 Raud eraldi: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 Oksüdeerija:H ⁺ Redutseerija:Fe Fe  - 2e  → Fe ⁻ → Zn²⁺ 2+ 2H  - 2e  → H ⁺ ⁻ → Zn²⁺ 2


Katse 5: Inhibiitori toime Inhibiitorita katseklaasis tekkis sinine värvus varem, inhibiitoriga tekkis ka, kuid hiljem, seal toimus   raua   korrosioon   hiljem   ja   aeglasemalt.   Järelikult   inhibiitor   pidurdas   reaktsiooni kiirust. Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 Oksüdeerija:H ⁺ Redutseerija:Fe Fe - 2e  → Fe ⁻ → Zn²⁺ 2+ 2H  - 2e  → H ⁺ ⁻ → Zn²⁺ 2


Kokkuvõte Praktikumi käigus viisin läbi viis katset erinevate metallidega ning sain tutvuda kuidas eri keskkonnad või kooslused teiste ainetega nende reaktsioone mõjutavad. Sai katsetada kuidas ennetada   või   aeglustada   korrosiooni   teket.   Esimeses   katses   sai   näha,   mida   tähendavad galvaanipaarid ning kuidas nad kasulikud on. Kolmandas katses sai teada, kuidas toimivad anoodsed ja katoodsed kaitsekatted. Neljandas sai tutvuda protektorkaitse põhimõttega ning viiendas inhibitoorkaitse efektiivsusega.