VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Ржавчина и способы ее устранения в домашних условиях
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Цель работы: Выявление ржавчины в быту и устранение её химическим способом.
Задачи:
1. Введение.
2. Поиск информации о ржавчине и её видах.
3. Изучить химический процесс ржавления металла, и выявить причины появления ржавчины.
4. Выявить бытовые приборы которые могут выйти из строя под влиянием коррозии и экономический ущерб.
5. Влияние ржавчины на организм человека.
6. Экологическое влияние соединений железа.
7. Провести химический эксперимент по способам устранения коррозии.
8. Сделать вывод на основании исследовании.
Актуальность:
Борьба с ржавчиной – современная экономически и экологически необходимая необходимость. Причина по которой я решила исследовать данную тему – собственный автомобиль находящийся в коррозии.
Гипотеза:
С ржавчиной можно бороться и в домашних условиях.
Введение
В нашем мире все более актуальной проблемой становится - ржавчина. Она преследует нас практические по всюду, примерами этого может быть ванна, кухонная плита, обычный электрический чайник или же карбюратор в машине.
Экономический ущерб от коррозии металлов в промышленности огромен:
Разрушение мостов, обрушение конструкций зданий
Выход из строя конструкций и различного оборудования.
Экологический ущерб:
Утечка газа, нефти
Загрязнение окружающей среды при разрушении трубопроводов
При поиске информации нет точных данных о потерях от коррозии в промышленном производстве. И я решила исследовать коррозию в быту и способы борьбы с ней.
В своей исследовательской работе я хочу изучить состав и виды ржавчины, вредность ржавчины на организм и способы её выведения наиболее безопасным способом для здоровья человека и, конечно, пути восстановления автомобиля.
2.
Ржавчина - является общим термином для определения оксидов железа.
Процесс её образования называется ржавлением (коррозия).
Химическая формула ржавчины - Fe2O3•H2О (иногда пишут просто Fe2O3).
На поверхности образуется в виде шероховатого налёта, который имеет рыхлую структуру.
Цвет ржавчины - от оранжевого до красно-коричневого.
Термин «ржавчина» присущ только продуктам коррозии железа и его сплавов. Любые другие металлы могут корродировать, но не ржаветь.
3.
Коррозии подвержены не только металлы, но и неметаллические изделия. В этом случае коррозию ещё называют «старением». Старению подвержены пластмассы, резины и другие вещества. Корродируют и металлические сплавы - медь, алюминий, цинк: в процессе их коррозии на поверхности изделий образуется оксидная плёнка, плотно прилегающая к поверхности, что значительно замедляет дальнейшее разрушение металла. Драгоценные металлы являются таковыми не только из-за своей красоты, ценимой ювелирами, но и за счёт стойкости к коррозии. Золото и серебро до сих пор используется для покрытия особо чувствительных электронных контактов, а платина применяется в космической отрасли.
Корродировать металл может в некоторых участках поверхности (местная коррозия), охватить всю поверхность (равномерная коррозия), или же разрушать металл по границам зёрен (межкристаллитная коррозия). Коррозия заметно ускоряется с повышением температуры.
Появление ржавчины.
Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, углерод), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух реагентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.
Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду. Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода:
O2 + 4 e− + 2 H2O → 4 OH−
Поскольку при этом образуются гидроксид-анионы, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:
Fe → Fe2+ + 2 e−
Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:
4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−
Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:
Fe2+ + 2 H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+
что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:
Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O
Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O
Из приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо(II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe3O4). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)3-xOx/2.
4. На примере одной из семей можно выявить приборы которые могут выходить из строя под влиянием коррозии в течении года.
Чугунная батарея 9000р
Акриловая ванна 14000р
Эмалированный кран 4000р
Термос 1500р
Чугунная сковородка 3500р
Бытовая посуда.
В большинстве случаев подвергаются ржавлению именно такие элементы как:
Фильтр от накипи – фильтрующая сеточка в горлышке чайника.
Нагревательные элементы – открытая, закрытая спираль и нагревательный диск.
Но проблема нашей семьи – экономический ущерб от разрушения автомобиля. Автомобиль не является новым, но при восстановлении может ещё послужить!
5. На примере бытовой посуды, старого водопровода можно выявить примеры влияния ржавчины на организм человека.
На появление ржавчины и организм человека, огромную роль играет вода.
Окись железа – это одно из 16-ти химических соединений, состоящих из железа и кислорода, или же железа, кислорода и водорода. Многие из этих соединений встречаются в природе. Другие же соединения получают для промышленных целей: в пример можно привести монеты стоимостью в один пенс, которые сделаны из металла, пигментированного соединением окиси железа. Также окись железа обладает магнетическими свойствами. Хотя, как правило, окись железа считается нетоксичной, но нельзя забывать, что и она может оказывать вредное влияние на организм человека.
Железо и окись железа широко применяются в медицинских целях, т.к. это природные соединения и они необходимы для нормального функционирования тела человека. По найденной информации я обнаружила, что окись железа, часто используемая при проведении медицинских процедур, может оказывать токсический эффект на некоторые типы клеток. Это может произойти в случаях, когда окись железа соединяют со специально разработанным обволакивающим покрытием в целях связывания частиц окиси железа с конкретными типами клеток, например раковыми клетками. Как говорят учёные, ни окись железа, ни покрытие сами по себе были безопасны, но после объединения они вызвали неожиданные реакции в клетках, к которым были связаны.
Вред для дыхательный путей человека.
По информации я узнала, что после ураганов, разнёсших пыль красной окиси железа над городами, обнаружилось, что окись железа может вызвать проблемы с дыханием и усугубить астму, аллергии и синуситы. Сама по себе окись железа неопасна, а вот пыльца растений и материалы, к которым она притягивается, могут вызвать серьёзные и потенциально опасные для здоровья аллергические реакции.
Опасность, связанная с магнетическими свойствами.
Окись железа часто используется при производстве магнитов, которые оказываются довольно опасными. Наиболее часто встречающаяся проблема связана с тем, что их легко проглотить. Два магнита, попавшие в пищеварительный тракт, могут прилипнуть друг к другу по разные стороны стенки кишечника, создав обструкцию, которая может привести к серьёзным медицинским последствиям и даже смертельному исходу. Особенно, это касается маленьких детей.
Экологические последствия.
Окись железа в больших объёмах может привести к серьёзным последствиям для окружающей среды. По информации я обнаружила, что где ведётся разработка месторождений природных ископаемых, в результате затопления железных рудников в пруды, реки и озера могут попасть огромные объёмы железа, что вызовет отравление рыб и загрязнение окружающей среды. Молекулы железа вступают в реакцию с кислородом, в результате чего образуется твёрдая окись железа жёлтого цвета, которая выпадает на дно водоёмов и загрязняет их. Жёлтая окись железа душит водную флору и фауну, убивая рыб и подводные растения.
Практическая часть.
7.1 Мною сначала были проведены исследования для удаления ржавчины в лабораторный условиях. Для этого я взяла различные средства для удаления ржавчины и выявила их эффективность.
Опыт.
Вещества:
№1 - Преобразователь ржавчины
№2 - Керосин
№3 - Лимонная кислота
Объект: чаша от фильтрового барьера для удаления железа.
Наблюдения:
№1 - проявил себя хорошо, но недостаточно для полного растворения ржавчины.
№2 - растворил абсолютно всю ржавчину, оставив чистую белую полосу.
№3 - никак себя не проявил и не смог растворить ржавчину.
Вывод:
Вещество №3, не эффективно для растворения застаревшей ржавчины. Наиболее эффективным веществом для растворения будет №2 - керосин.
7.2 Удаление ржавчины с конструкции автомобиля.
На автомобиле «Запорожец 968М» при покупке было обнаружено огромнейшее количество коррозии и разрушения конструкции из за неё. Так как автомобиль не прогнил полностью и не разошёлся по основным швам, была поставлена цель полностью восстановить поверхность конструкции.
Для растворения ржавчины было использовано:
WD-40
Керосин
Преобразователь ржавчины
Кислота
В составе каждого присутствует кислота, которая способствует растворению ржавчины.
Fe(OH)3 + H = Fe + H2O
Была растворена ржавчина на основных конструкциях автомобиля:
Внутренняя часть салона: пол и крепления для сидений. (см. приложение №1,2,4)
Внутрення часть багажника. (см. приложение №5)
Внутрення часть капота. (см. приложение №3)
Передняя левая фара. (см. приложение №6)
Наиболее эффективными средствами по растворению ржавчины на конструкции автомобиля был керосин и преобразователь ржавчины. С их помощью 80% ржавчины были удалены за два месяца.
Дальнейшим нашим шагом была защита металла от повторного появления ржавчины. Нашей задачей было изолировать поверхность металла от агрессивной среды. На металле ещё были остатки заводского антикора, это немного облегчало нам задачу.
В первую очередь поверхность была обезжирена и покрашена краской для металла 3 в 1. Также на поверхности присутствовали швы которые также надо было защитить от попадания окружающей среды в конструкцию автомобиля.Швы и стыки были промазаны герметиком BODY 999 (см. приложение №7). Дальнейшим шагом был антикоррозийный состав BODY 950 (см.приложение №8). Каждое из этих средств созданы из материала на основе каучука с шумопоглощающими, герметизирующими свойствами, способствующее защите как от механического воздействия, так и от агрессивной окружающей среды.
Рекомендации:
Для растворения ржавчины или нанесения лакокрасочных веществ, обязательно нужно использовать перчатки и маску. При несоблюдении правил безопасности можно получить химические ожоги, головокружения или потерю сознания от перенасыщения веществ.
Помещение в котором будут проводится все необходимые процедуры, обязательно нужно проветривать.
Также помещение должно быть оборудовано освещением, необходимым для работы.
Все изделия должны быть свежими и пригодными для использования.
Для безопасности необходимо иметь аптечку на случай чрезвычайной ситуации.
Вывод:
Итак для устранения ржавчины в домашних условиях можно использовать различные химические реактивы. Но, на основании выявлены наиболее эффективные растворители ржавчины - это керосин и преобразователь ржавчины.
Список литературы.
https://инструкция-по-охране-труда.рф/при-работе-с-лкм.html
http://fin-servis.ru/stati/tech/zashhita-ot-korrozii-sposoby-zashhity-metallov.html
https://www.1metallobaza.ru/blog/kak-my-stradaem-ot-rzhavchiny
Александр Мясников «Ржавчина»
https://ru.wikipedia.org/wiki/Оксиды_железа
Приложение.
Вещества:
До: После:
Конструкция автомобиля.
ДО:
2. 3.
4. 5. 6.
После:
7. 8.