XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никитина В.В. 1

---

1ГБПОУ "Первый Московский Образовательный Комплекс"

Пронина Л.И. 1

---

1ГБПОУ "Первый Московский Образовательный Комплекс"

Работа в формате PDF

240.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность данной исследовательской работы очевидна, поскольку коррозия - это постоянно прогрессирующий процесс разрушения металла. Он вызывается факторами внешней среды, приносит серьезные убытки, страдает несущая способность металлоконструкций. Коррозия приводит к экономическим издержкам, и ,порой, к человеческим жертвам. [5]

Цель работы: исследование процесса коррозии в различных агрессивных средах, подбор компонентов из растительного сырья, уменьшающих (замедляющих) данное явление.

Задачи:

• изучить источники информации по данной теме;

• проанализировать состав химических ингибиторов коррозии;

• подобрать растительное сырьё, схожее по составу с химическими ингибиторами;

• провести эксперименты по исследованию процесса коррозии в различных агрессивных средах;

• выявить, могут ли настои растений замедлять процесс коррозии.

Методы:

• поисковый (сбор информации по теме);

• экспериментальный;

• анализ и систематизация.

Объект исследования: железные гвозди в различных агрессивных средах.

Предмет исследования: состав и свойства натуральных ингибиторов коррозии.

Гипотеза: предположительно существуют растения, настои которых могут предотвращать коррозию. Проверим так ли это на самом деле.

Практическая значимость работы заключается в том, что в ней экспериментальным путем исследуются состав и свойства растений, настои которых предположительно могут замедлять процесс коррозии. Если гипотеза будет доказана, то настои растений могут использоваться, как ингибиторы коррозии.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Все процессы, окружающие нас, так или иначе связаны с химией, в том числе коррозия металлов. Этот привычное для каждого явление подразумевает под собой взаимодействие металлов с веществами окружающей среды. При контакте с атмосферными осадками и агрессивными веществами на поверхности металла появляется ржавчина. Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведённого в мире железа. [2] Материал теряет эксплуатационные свойства и эстетическую привлекательность. Если не предпринимать никаких мер, деградация дойдет до крайней точки.[4] Результатом станет разрушение вещества. Как правило, окисляются активные металлы, находящиеся в ряду напряжения левее водорода.[Пр. 6] Чаще всего встречаются химическая и электрохимическая коррозии.

Химическая коррозия - разрушение металлов из-за взаимодействия с газами или растворами, которые не проводят электрический ток. Агрессивные реагенты: O₂, пары H₂O, CO₂, SO₂, Cl₂.

Например: 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄. [1]

Электрохимическая коррозия - Разрушение металла, при котором возникает электрический ток в воде или среде другого электролита. Агрессивными реагентами являются растворы электролитов.

Например: 4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4 Fe(OH)₃. [1]

Коррозию можно затормозить. С этой задачей способны справиться химические вещества — ингибиторы коррозии. [3] При контакте с атмосферными осадками и агрессивными веществами на поверхности металла появляется ржавчина. Материал теряет эксплуатационные свойства и эстетическую привлекательность. Если не предпринимать никаких мер, деградация дойдет до крайней точки. Результатом станет разрушение вещества. Ингибитор коррозии образует на поверхности защитную пленку. Химические реакции прекращаются. [3]

По происхождению ингибиторы классифицируют на:

• адсорбционные. Собираются на поверхности металла и образуют защитную пленку.;

• пассивирующие - неорганические вещества с окисляющими свойствами. Это хроматы, молибдаты и нитриты. После их нанесения, металл становится «пассивным», коррозионные процессы затухают. [3]

Существуют преобразователи ржавчины - это вещества, которые относятся к ингибиторам коррозии. Но действуют эффективнее. После контакта с гидроксидом железа, они расщепляют его, превращая в защитную пленку. Ржавчина становится липким слоем, который обеспечивает водонепроницаемость. Деструктивные реакции замедляются или полностью останавливаются. [3]

Чтобы узнать, могут ли настои растений замедлять процесс коррозии, мы изучили состав химических ингибиторов, которые используются чаще всего.

Основные компоненты состава:

• фосфорная или ортофосфорная кислоты;

• танины;

• аскорбиновые кислоты;

• оксикарбоновая кислота;

• дубильные вещества. [8]

Травы, взятые нами для опыта:

Розмарин содержит: аскорбиновую, миристиновую, пальмитиновую, лауриновую, урсоловую кислоты; дубильные вещества; эфирные масла.

Листья брусники содержат органические кислоты (галловую, винную, эллаговую, хинную, урсоловую); дубильные вещества (2-17%, иногда до 32%).

Чёрный чай содержит органические кислоты; танины (антиоксиданты).

Лавровый лист содержит эфирное (лавровое масло), дубильные вещества.

Чёрный перец содержит жирное масло.

Корень лопуха содержит дубильные вещества; жирные и эфирные масла; пальмитиновая и стеариновая кислоты.

Кора дуба содержит 8-12 % дубильных веществ; кислота галловая.

Предположительно, лучший результат в опыте должны показать розмарин, брусника, корень лопуха, кора дуба.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Мы провели 2 опыта: “Коррозия в различных агрессивных средах” и “Ингибиторы коррозии на основе растительного сырья”, направленных на изучение процесса коррозии в различных агрессивных средах и на подбор компонентов из растительного сырья, уменьшающих (замедляющих) данное явление. В пробирки с различными агрессивными средами поместили железные гвозди. Настои с растениями были приготовлены в пропорции 5 грамм на 100 миллилитров воды. Длительность эксперимента составила 10 суток.

Пробирки:

Опыт “Коррозия в различных агрессивных средах”:

1. Гвоздь полностью в воде.

2. Гвоздь наполовину в воде.

3. Гвоздь в воде с масляной плёнкой.

4. Гвоздь в воде с солью.

5. Гвоздь, обмотанный медной проволокой в воде.

6. Гвоздь, обмотанный медной плёнкой в воде с солью.

7. Гвоздь и гранулы цинка в воде с солью.

8. Гвоздь в воде с моющим средством.

9. Гвоздь в воде с 9% уксусом.

(Приложение 1)

Опыт “Ингибиторы коррозии на основе растительного сырья”:

10. Гвоздь в настое розмарина.

11. Гвоздь в настое листьев брусники.

12. Гвоздь в настое чёрного чая.

13. Гвоздь в настое лаврового листа.

14. Гвоздь в настое чёрного перца.

15. Гвоздь в настое корня лопуха.

16. Гвоздь в настое коры дуба.

(Приложение 2)

По итогам опытов:

Опыт “Коррозия в различных агрессивных средах”:

1. Гвоздь полностью в воде. Коррозия протекает при наличии воды и растворённого в ней кислорода.

2. Гвоздь наполовину в воде. В пробирке 2 образовалось больше ржавчины, чем в 1, так как гвоздь контактировал и с большим количеством воздуха. Количество ржавчины в 1 пробирке меньше, так как гвоздь контактировал с маленьким количеством кислорода, растворённым в воде.

3. Гвоздь в воде с масляной плёнкой. Плотный слой масла препятствовал доступу кислорода, следовательно, образовалось минимальное количество в ржавчины.

4. Гвоздь в воде с солью. Образовалось больше ржавчины по сравнению с пробиркой 1, следовательно, соль (NaCl) усиливает процесс коррозии. Среда реакции нейтральная. [7]

5. Гвоздь, обмотанный медной проволокой в воде. Медная проволока не прокорродировала, так как медь (Сu) - неактивный металл. Железо является протектором коррозии для меди, так как железо обладает более отрицательным потенциалом, следовательно, гвоздь поржавел сильнее, чем в пробирке №1. [6]

6. Гвоздь, обмотанный медной плёнкой в воде с солью. Соль ускорила процесс коррозии железа.

7. Гвоздь и гранулы цинка в воде с солью. Цинк (Zn) - более активный металл, чем железо (Fe), следовательно, цинк является протекторов коррозии для железа, тем самым предотвратил образование ржавчины. [6]

8. Гвоздь в воде с моющим средством “Fairy”. Коррозия проходит очень медленно, так как среда реакции щелочная. [7]

9. Гвоздь в воде с 9% уксусом. Коррозия протекает медленно, так как среда реакции кислая. [7]

Опыт “Ингибиторы коррозии на основе растительного сырья”:

10. Гвоздь в настое розмарина. Настой розмарина предотвратил коррозию, так как содержит аскорбиновую, миристиновую и пальмитиновую кислоты, дубильные вещества и эфирные масла.

11. Гвоздь в настое листьев брусники. Настой листьев брусники предотвратил коррозию, так как содержит органические кислоты и дубильные вещества.

12. Гвоздь в настое чёрного чая. Настой чёрного чая предотвратил коррозию, так как содержит органические кислоты и танины.

13. Гвоздь в настое лаврового листа. Настой лаврового листа не предотвратил коррозию.

14. Гвоздь в настое чёрного перца. Настой чёрного перца не предотвратил коррозию.

15. Гвоздь в настое корня лопуха. Настой корня лопуха предотвратил коррозию, так как содержит пальмитиновую и стеариновую кислоты, дубильные вещества.

16. Гвоздь в настое коры дуба. Настой коры дуба предотвратил коррозию, так как содержит дубильные вещества и галловую кислоту.

Мы перевели результаты опытов “Коррозия в различных агрессивных средах”, “Ингибиторы коррозии на основе растительного сырья” в проценты. (Приложение 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

1. В качестве замедлителей коррозии могут быть использованы настои некоторых трав.

2. Для настоев рекомендуется подбирать травы, в которых содержатся фосфорная или ортофосфорная кислоты, танины, аскорбиновые кислоты, оксикарбоновая кислота, дубильные вещества.

3. Из всех настоев трав, используемых в качестве ингибиторов в данной работе, лучшие результаты показали настои розмарина, корня лопуха и коры дуба, что подтверждено их химическим составом, сходным с преобразователями ржавчины, которые продаются в торговой сети.

4. Данные нашего исследования можно использовать для изготовления настоев трав для обработки металлических (железных) поверхностей в помещениях с повышенной влажностью.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Список использованных источников и литературы:

1. См.: Виды коррозии - электронный сайт vc.ru - обновляется ежедневно [Электронный ресурс]. URL: https://vc.ru/u/787088-koroli-vody-i-para/434847-tipy-i-vidy-korroziy-metalla (дата обращения: 29.10.2023).

2. § 20, 99-с. - Коррозия металлов и способы защиты от неё. - Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А. Химия. 9 класс: учеб. пособие для общеобразоват. организаций. – М.: Просвещение, 2018. -223 с.

3. См.: Ингибиторы коррозии - электронный сайт EquipNet.ru - обновляется ежедневно [Электронный ресурс]. URL: https://www.equipnet.ru/articles/hi-tech/hi-tech_54589.html - (дата обращения: 29.10.2023).

4. См.: Коррозия - электронный сайт skysmart.ru - обновляется ежедневно [Электронный ресурс]. URL: https://skysmart.ru/articles/chemistry/korroziya-metallov - (дата обращения: 29.10.2023).

5. См.: Последствия коррозии - электронный сайт t-zinc.ru - обновляется ежедневно [Электронный ресурс]. URL: https://t-zinc.ru/o-kompanii/stati/posledstviya-korrozii.html#:~:text=Коррозия%20–%20это%20 постоянно%20 прогрессирующий,но%20и%20к%20человеческим%20 жертвам - (дата обращения: 29.10.2023).

6. См.: Протекторная защита от ржавчины - электронный сайт Martensit.ru - обновляется ежедневно [Электронный ресурс] URL: https://martensit.ru/prochie/protektornaya-zashhita-metallov/ (дата обращения: 29.10.2023).

7. См.: Реакция среды, водородный показатель pH - электронный сайт foxford.ru - обновляется ежедневно [Электронный ресурс] URL:

https://foxford.ru/wiki/himiya/reaktsiya-sredy-vodorodnyy-pokazatel-ph - (дата обращения: 29.10.2023).

8. См.: Составы ингибиторов коррозии для различных сред - электронный сайт cyberleninka.ru - обновляется ежедневно [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sostavy-ingibitorov-korrozii-dlya-razlichnyh-sred/viewer (дата обращения: 29.10.2023).