Важнейшие химические понятия и законы Химический элемент это определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра Атом

• Название: Важнейшие химические понятия и законы Химический элемент это определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра Атом
• Дата: 06.03.2023
• Размер: 3.53 Mb.
• Имя файла: OTVETY_NA_BILETY_PO_KhIMII.docx
• Тип: Закон; #972780
• страница: 10 из 14

Деполяризация при коррозии

Электродные процессы, уменьшающие поляризацию, называются процессами деполяризации, а вещества, препятствующие поляризации - деполяризаторами.

1. Анодное растворение (окисление) металла: Ме → Меⁿ⁺ + nē

2. Восстановление возможных окислителей на катодных участках. Если окислителем является кислород, то происходящий процесс коррозии называют коррозией с кислородной деполяризацией, если окислителем являются ионы водорода – то коррозией с водородной деполяризацией.

Уравнение водородной деполяризации: 2Н⁺ + 2ē = Н₂

Уравнение кислородной деполяризации:

О₂ + 4ē + 2Н₂О = 4ОН^– (в нейтральной и щелочной среде)

О₂ + 4ē + 4Н⁺ = 2Н₂О (в кислой среде)

Определить возможность протекания кислородной и водородной деполяризации можно, сравнивая потенциал анодного участка с потенциалами возможных окислителей. Фактически, катодами в коррозионном микрогальваническом элементе являются газовые электроды – кислородный и водородный, а материал катодных участков является для них подкладкой.

Если ε(Ме/Meⁿ⁺) < ε(H⁺/H₂) < ε(O₂/OH^–), то возможна коррозия и с водородной, и с кислородной деполяризацией.

Если ε(H⁺/H₂) < ε(Ме/Meⁿ⁺) < ε(O₂/OH^–), то возможна коррозия только с кислородной деполяризацией.

Если ε(H⁺/H₂) < ε(O₂/OH^–) < ε(Мeⁿ⁺/Me), то процесс коррозии невозможен.

Равновесные потенциалы кислородного и водородного электродов при заданном значении рН определяют по уравнению Нернста, учитывая, что парциальные давления кислорода и водорода равны соответственно 0,21 атм. и 5.10-7 атм., что соответствует содержанию этих газов в атмосферном воздухе (их объемным долям).

№49 Сущность электрохимических методов защиты от коррозии. Пассивность металлов. Легирование

1. Катодная защита - заключается в подключении защищаемого металла к отрицательному полюсу источника тока, то есть изделие становится катодом, а катод не разрушается, а на его поверхности происходят процессы восстановления окислителей из среды. К положительному источнику тока подключается ненужный лом, следовательно, становится анодом, затем разрушается. Все должно быть в токопроводящей среде.

2. Анодная защита - заключается в подключении изделия к положительному полюсу источника тока, следовательно, становится анодом. Такая защита возможно только для тех металлов, которые способны к пассивации, под действием внешнего источника тока, образующая пассивная пленка получается очень хорошего качества и эффективно препятствует коррозии.

3. Протекторная защита - заключается в подсоединении к защищаемому металлу кусочка более активного металла, тогда возникает разность потенциалов и будет разрушаться протектор, т.к. он становится анодным участком. Протекторная защита работает также, как и нарушенное анодное покрытие.

Пассивность металлов и сплавов

Скорость коррозии таких металлов, как железо, алюминий, хром, никель, титан, в растворах сильных окислителей значительно меньше, чем в растворах более слабых окислителей. Явление аномально резкого уменьшения скорости коррозии в растворах сильных окислителей называют пассивацией, а состояние металла - пассивным. Склонность металлов к пассивации различная, например, никель пассивируется легче железа. Некоторые металлы: алюминий, титан, магний и др. склонны к пассивации в слабых окислителях, таких, как речная вода.

Легирование металлов

Это эффективный (хотя и дорогой) метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивацию металла: хром, никель, вольфрам и др. Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии.

Поверхностное легирование представляет собой насыщение поверхности данного сплава металлом, который при высоких температурах окисляется энергичнее, чем железо, и образует при этом плотную защитную пленку оксида.

№50 Методы защиты от коррозии, основанные на изменении свойств коррозионной среды, их теоретическое обоснование

1.Удаление или уменьшение количества окислителей в окружающей среде, а также удаление электролита.

Для этого применяют деаэрацию (удаление кислорода из воды, путем предварительного нагревания или добавляем восстановители (гидрозил)), увеличение pH внесением щелочи (подщелачивание среды).

Деаэрация – процесс удаления кислорода и других газов с водных сред. Коррозия в деаэрированной воде сводится к минимуму, поэтому деаэрация является эффективным практическим средством защиты металла от коррозии в пресной и морской воде. Деаэрацию применяют для уменьшения коррозионного разрушения не только железа и сплавов на его основе, но и латуни, свинца, меди, цинка.

2.Добавление в среду веществ, замедляющих процесс коррозии, ингибиторов (механизм действия ингибиторов заключается в образовании защитных пленок на поверхности металла, тормозящих коррозионный процесс).

Ингибиторы - это вещества, замедляющие коррозию металлов. Механизм основан либо на адсорбции на поверхности металла, либо на образовании защитной пленки, тем самым затормаживая процесс коррозии. Защитные пленки – оксиды или гидроксиды, фосфаты и др.

Ингибиторы:

- адсорбционные (образуют пленку на поверхности металла и изолируют его); уротропин и др. органические соединения, содержащие азот, серу, фосфор, кремний;

- окислительные (способствуют пассивации металла, образованию на его поверхности активных пленок); KMnO₄, K₂Cr₂O₇, H₂SO_4(к);

- нерастворимые соли.

№51 Понятие о высокомолекулярных соединениях. Строение и общие свойства полимеров

Высокомолекулярные соединения – химические соединения с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Подавляющее большинство высокомолекулярных соединений составляют полимеры

Полимеры имеют очень большое значение в производстве многих изделий в различных отраслях промышленности. Они применяются непосредственно для создания таких материалов как пластмассы, армированные пластики, лаки, герметики, клеи, волокна, пленки, резиновые материалы и т.п.

Строение и структура полимеров

Полимерами называются соединения, в которых более или менее регулярно чередуются большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в линейные или разветвленные цепи, а также в пространственные сетки.

... - А - А - А - А - ... [А]n

Многократно повторяющиеся группировки называются мономерными звеньями, а большая молекула, составленная из звеньев - макромолекулой или полимерной цепью. Число звеньев в цепи - степень полимеризации и обозначается буквой “n”. Название полимера складывается из названия мономера и приставки “поли”.



этилен → полиэтилен

Полимеры, построенные из одинаковых мономеров, называются гомополимерами. Полимеры, построенные из полимерных звеньев нескольких типов, называются сополимерами.

Переход от низкомолекулярного соединения к полимеру происходит в результате роста числа повторяющихся звеньев. При этом существенно меняются физические и химические свойства, но при достижении определенного значения “n” они практически перестают изменяться, несмотря на дальнейшее увеличение числа звеньев, и с этого момента соединение становится полимером.

Промежуточное положение между низко- и высокомолекулярными соединениями занимают соединения, называемые олигомерами (олиго - немного), которые проявляют свойства характерные как для мономеров, так и для полимеров. Реакционноспособные олигомеры способны образовывать высокомолекулярные или сшитые полимеры. Полимерами могут служить низкомолекулярные каучуки, эпоксидные, фенолоформальдегидные смолы и др. При получении полимеров применяют и другие соединения - катализаторы, инициаторы, растворители и т.п.

По сравнению с низкомолекулярными соединениями полимеры обладают рядом специфических свойств: они могут находиться только в конденсированном, твердом или жидком состоянии; растворы полимеров имеют высокую вязкость; при удалении растворителя полимеры выделяются не в виде кристаллов, как низкомолекулярные соединения, а в виде пленок; полимеры можно переводить в ориентированное состояние; для многих полимеров характерны большие обратимые деформации и т.п.

Механические свойства полимеров определяются элементным составом, молекулярной массой, структурой и физическим состоянием макромолекул.

Большинство полимеров относится к диэлектрикам.

Специфические свойства полимеров обусловлены особенностями их структуры.

Структурой полимера называется устойчивое расположение в пространстве всех образующих его элементов, их внутреннее строение и характер взаимодействия между ними.

В полимерах структурными элементами являются макромолекулы, которые стремятся занять наиболее энергетически выгодное положение друг относительно друга, образуя надмолекулярную структуру.

По форме макромолекул полимеры делятся на линейные, разветвленные, лестничные и сетчатые.

Линейные макромолекулы представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки.

Разветвленные макромолекулы отличаются наличием боковых ответвлений.

Лестничные макромолекулы состоят из двух цепей, соединенных химическими связями.

Пространственные полимеры образуются при сшивке макромолекул между собой в поперечном направлении химическими связями.

№52 Классификация полимеров по происхождению, по форме молекул, по физико-механическим свойствам, по отношению к нагреванию (с примерами)

Классификация полимеров

В зависимости от молекулярной массы (ММ), полимеры делятся на:

— мономеры (с небольшой ММ);
— олигомеры (с ММ менее 540);
— полимеры (высокомолекулярные, с ММ от пяти тысяч до пятисот тысяч);
— сверхвысокомолекулярные полимеры с ММ более полумиллиона.

По степени разветвленности молекул:

— линейные (молекула состоит из цепочки мономеров), к ним относится натуральный каучук, эластомеры и другие полимеры высокой эластичности;
— разветвленные (цепочка из звеньев имеет боковые ответвления), например, амилопектин;
— сетчатые или сшитые (между соседними макромолекулами существуют поперечные связи), нерастворимые и неэластичные полимеры, например, эпоксидные смолы в стадии отверждения.

По составу мономеров:

— гомополимеры, состоящие из одного вида звеньев, например, ПВХ, целлюлоза;
— сополимеры, состоящие из звеньев разного строения (многие полимеры с улучшенными свойствами).

В зависимости от того, как полимеры реагирует на нагревание, их разделяют на:

— термопласты, после охлаждения возвращающиеся в исходное состояние без потери физических свойств (этими качествами обладают линейные и разветвленные полимеры);
— реактопласты, после нагревания частично и необратимо разрушаются и не восстанавливают исходных свойств (сетчатые пространственные полимеры).

По структуре полимеры разделяют на:

— кристаллические, содержащие более 2/3 кристаллических структур (полиэтилен низкого давления, полипропилен, тефлон);
— аморфные, содержащие не более нескольких процентов кристаллических структур (акриловое стекло, полистирол и все сетчатые полимеры);
— аморфно-кристаллические, содержащие от 25 до 70% кристаллических структур (полиэтилен высокого давления).

По происхождению:

— природные (белки, коллоидная сера, натуральный каучук, целлюлоза, крахмал);
— синтетические (фенолформальдегидные смолы, полистирол).

По химическому составу:

— органические;
— неорганические, не содержащие органических звеньев ни в главной цепи, ни в ответвлениях макромолекулы (пластическая сера, кристаллы кварца);
— элементоорганические, макромолекулы которых состоят из углеводородных групп и неорганических звеньев (кремний-, боро-, фосфорорганические полимеры и др.).

53. Физические состояния полимеров. Термопластичные и термореактивные полимеры

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромоле­кулы. В кристаллических полимерах возможно возник­новение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов), тип которых во мно­гом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.
           Незакристаллизованные (аморфные) полимеры могут нахо­диться в трех физических состояниях:

• 
  стекло­образном,
  
• 
  высокоэластичном
  
• 
  вязкотекучем.
  

При низкой температуре полимер находится в стеклообразном состоянии и ведет себя как твердое тело. При повышении температуры полимер переходит в высокоэластичное состояние. В этом состоянии полимер способен к различным обратимым деформациям, что обусловлено подвижностью звеньев и гибкостью молекул. И при дальнейшем повышении температуры вещество переходит в вязкотекучее состояние, Дальнейшее повышение ведет к разрушению (деструкции) полимера.

Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пласти­ками.

В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения мак­ромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах.

Так, 1,4.-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °С переходит в стеклообраз­ное состояние;  полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый стеклооб­разный продукт, переходящий в высоко­эластичное состояние лишь при 100 °С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекуляр­ными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном  состоянии  до  температуры  ее  разложения. 

Форма макромолекул влияет на структуру и свойства полимеров.

В линейных и разветвленных макромолекулах, атомы или группы атомов могут вращаться вокруг ординарных связей, постоянно изменяя свою пространственную форму. Это свойство обеспечивает гибкость макромолекул, и они могут изгибаться, скручиваться, распрямляться. Поэтому для линейных и разветвленных полимеров характерно высокоэластичное состояние, они обладают термопластическими свойствами: размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении без химических превращений.

При разветвлении эластические термопластические свойства становятся менее выраженными, а при образовании сетчатой структуры термопластичность теряется. Уменьшение длины цепей ведет к уменьшению эластичности полимеров, например, при переходе от каучука к эбониту. Тремореактивные полимеры при нагревании утрачивают эластичность в силу химических реакций.

Полимеризационные термопластичные смолы

Полипропилен - термопластичный полимер, получаемый из газа пропилена C₃H₆. (CH₂ = CH - CH₃)

Структурная формула [-CH₂-CH(CH₃)-]_n.

Полиизобутилен - продукт полимеризации газа изобутилена.

Существует несколько видов полиизобутилена, жидкие низкомолекулярные (1000) и твердые высокомолекулярные (400000). Т.е. в зависимости от степени полимеризации он может быть жидким с различной вязкостью и эластичным подобно каучуку.

Полистирол – продукт полимеризации стирола –винилбензола или фенилэтилена – CH₂CHC₆H₅.



Полихлорвинил – термопластичное синтетическое высокополимерное соединение с линейной структурой молекул несимметричного строения. Резко выраженная асимметричность и полярность полихлорвинила связана с хлором. Получают полимеризацией хлорвинила H₂C = CH - Cl.



Термореактивные синтетические смолы

Феноло-формальдегидные смолы (бакелиты) получаются в результате конденсации водного раствора фенола С₆Н₅ОН или крезола – С₆Н₄СН₃ОН с формалином (водным раствором формальдегида, СН₂О) в присутствии катализаторов.

В зависимости от соотношения реагирующих компонентов и катализатора различают два класса феноло-формальдегидных смол:

Новолачные смолы или новолаки не обладают термореактивностью и после прогрева почти не меняют своих свойств, сохраняя плавкость и способность растворяться в С₂Н₅ОН.

Резольные смолы или бакелиты при нагревании переходят из начального состояния (стадия А) в промежуточную форму резитол(стадия В) и в окончательную модификацию, неплавкий и нерастворимый продукт резит (стадия С).

Образование фенолформальдегидных смол: