Решение задачи: Сплавы, Коррозия, Электролиз

Вот ответы на ваши вопросы, оформленные так, чтобы было удобно переписать в тетрадь: 1. Сплавы * Определение: Сплавы — это однородные металлические системы, состоящие из двух или более химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Сплавы получают путём сплавления компонентов в расплавленном состоянии. * Свойства: Сплавы часто обладают лучшими свойствами (прочность, твёрдость, коррозионная стойкость, электропроводность и др.), чем исходные чистые металлы. * Примеры сплавов: * Сталь: Сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Очень прочный и широко используемый материал. * Чугун: Сплав железа с углеродом (более 2%) и другими элементами. Более хрупкий, чем сталь, но хорошо льётся. * Бронза: Сплав меди с оловом (иногда с другими элементами, кроме цинка). Прочная, износостойкая, хорошо отливается. * Латунь: Сплав меди с цинком. Хорошо обрабатывается давлением, имеет красивый цвет. * Дюралюминий: Сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. Лёгкий и прочный, используется в авиации. * Нержавеющая сталь: Сплав железа с хромом (не менее 12%) и никелем. Устойчива к коррозии. 2. Коррозия металлов * Определение: Коррозия металлов — это самопроизвольное разрушение металлов под воздействием окружающей среды. Это процесс окисления металла. * Виды коррозии: * Химическая коррозия: Происходит при непосредственном взаимодействии металла с агрессивными веществами (например, газами при высоких температурах, кислотами без участия электрического тока). * Электрохимическая коррозия: Наиболее распространённый вид коррозии. Возникает в присутствии электролита (например, воды с растворёнными солями или кислотами) и при контакте двух разных металлов или участков одного металла с разной активностью. При этом образуется гальванический элемент, и менее активный металл разрушается. * Факторы, влияющие на коррозию: Влажность, температура, наличие кислорода, агрессивные примеси в воздухе или воде (кислоты, соли), контакт с другими металлами. 3. Ржавление * Определение: Ржавление — это частный случай коррозии, характерный для железа и его сплавов (стали, чугуна). * Суть процесса: Ржавление — это электрохимический процесс окисления железа в присутствии кислорода и воды. В результате образуется гидратированный оксид железа (III) — \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \cdot n\text{H}_2\text{O} \), который мы называем ржавчиной. * Уравнение реакции (упрощённое): \[ 4\text{Fe} + 3\text{O}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe}(\text{OH})_3 \] Далее гидроксид железа (III) превращается в гидратированный оксид: \[ 2\text{Fe}(\text{OH})_3 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \cdot 3\text{H}_2\text{O} \] * Особенности ржавчины: Ржавчина рыхлая, пористая и не защищает металл от дальнейшего разрушения, в отличие от плотных оксидных плёнок, образующихся на алюминии или хроме. 4. Электролиз * Определение: Электролиз — это физико-химический процесс, при котором под действием электрического тока происходят окислительно-восстановительные реакции на электродах, погружённых в расплав или раствор электролита. * Суть процесса: Ионы, находящиеся в электролите, движутся к электродам противоположного заряда. На катоде (отрицательном электроде) происходит восстановление (присоединение электронов), на аноде (положительном электроде) — окисление (отдача электронов). * Применение: * Получение чистых металлов (алюминий, натрий, магний). * Рафинирование (очистка) металлов (медь). * Гальваностегия (нанесение тонких металлических покрытий для защиты от коррозии или придания декоративных свойств — никелирование, хромирование, золочение). * Гальванопластика (получение точных металлических копий предметов). * Получение хлора, щелочей, водорода. 5. Металлургия * Определение: Металлургия — это область науки и техники, занимающаяся получением металлов из руд, их очисткой, переработкой и приданием им необходимых свойств. * Основные разделы: * Чёрная металлургия: Производство железа, стали, чугуна и ферросплавов. * Цветная металлургия: Производство всех остальных металлов (алюминий, медь, цинк, свинец, никель, драгоценные металлы и др.). * Основные стадии металлургического производства: * Добыча и обогащение руды. * Восстановление металла из руды (например, в доменных печах для железа, электролизом для алюминия). * Рафинирование (очистка) полученного металла. * Получение сплавов и их обработка (литьё, прокатка, ковка). 6. Ряд напряжения металлов (электрохимический ряд активности металлов) * Определение: Ряд напряжения металлов — это последовательность металлов, расположенных в порядке уменьшения их химической активности, то есть способности отдавать электроны и переходить в ионное состояние. * Кем и когда создан: Этот ряд был разработан шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом в начале XIX века, а затем значительно уточнён и расширен русским учёным Николаем Николаевичем Бекетовым в 1860-х годах. Бекетов экспериментально доказал, что каждый металл в ряду вытесняет из растворов солей все последующие за ним металлы. * Для чего создан (значение): * Предсказание возможности протекания реакций замещения: Более активный металл (стоящий левее в ряду) вытесняет менее активный металл (стоящий правее) из растворов его солей. Например, цинк вытесняет медь из раствора сульфата меди: \( \text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu} \). * Предсказание взаимодействия металлов с кислотами: Металлы, стоящие в ряду до водорода, вытесняют водород из растворов кислот (кроме азотной и концентрированной серной, где реакции идут иначе). Например, магний реагирует с соляной кислотой: \( \text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 \uparrow \). Металлы после водорода не реагируют с кислотами с выделением водорода. * Оценка коррозионной стойкости: Чем левее стоит металл в ряду, тем он активнее и тем легче подвергается коррозии. * Прогнозирование процессов электролиза: Позволяет определить, какие ионы будут восстанавливаться на катоде и окисляться на аноде. * Определение силы восстановителя: Чем левее стоит металл, тем сильнее он как восстановитель. * Примерный вид ряда напряжения металлов: \( \text{Li}, \text{K}, \text{Ba}, \text{Ca}, \text{Na}, \text{Mg}, \text{Al}, \text{Mn}, \text{Zn}, \text{Cr}, \text{Fe}, \text{Cd}, \text{Co}, \text{Ni}, \text{Sn}, \text{Pb}, \underline{\text{H}}, \text{Cu}, \text{Hg}, \text{Ag}, \text{Pt}, \text{Au} \) (Активность уменьшается слева направо)