Korrosion

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Sammanfattning

Under denna laboration har vi undersökt hur järn tillsammans med andra metaller reagerar med fukt. Vi placerade järnspikar i 5 olika provrör, fyra av dem i kombination med magnesium, zink, tenn eller koppar. Det visade sig att det var den minst ädla av de två metallerna som oxiderade. Vi droppade även en lösning bestående av 0,5 M NaCl (aq), 1 droppe fenolftalein och några droppar 0,2 M K3Fe(CN)6 på ett stål- och ett järnbleck. Reaktionen blev kraftigast på järnblecket och resultatet blev att ett lokalelement uppstod. Detta färgade droppens inre till blått och kanterna blev rosa. Det beror på att järnjoner blir blåa i kontakt med K3Fe(CN)6 och OH-joner rosa i kontakt med fenolftalein. Vi lade även 2 stålbleck, kombinerade med koppar respektive zink i agarlösning. Även här drog vi slutsatsen att det var den mindre ädla metallen som oxiderade och bildade joner.

Inledning

Syftet med denna laboration är att ta reda på hur järn påverkas av fukt. Vi kommer också ha med försök där vi testar hur korrosion yttrar sig om järn har kontakt med magnesium, zink, tenn och koppar. Jag tror att järnspiken kommer att korrodera och bilda järnoxid. I de provrör som innehåller järn och en annan metall tror jag att det är den minst ädla metallen som kommer oxidera. I det sista försöket gällande metallblecken vi lade i agarlösning tror jag att det även här är den minst ädla metallen som oxiderar.


Material och metoder

Vi placerade fem järnspikar i provrör tillsammans med kranvatten. Fyra av dessa spikar var kombinerade med magnesium, zink, tenn eller koppar. För att korrosionen skulle vara så tydlig som möjligt var det viktigt att metallerna har direkt kontakt med varandra. Det kan man lösa genom att slå spiken genom de metallblecken som är tillräckligt stora och magnesiumbandet kan viras som en spiral runt sin spik. Vattnet fyllde vi så att järnspiken stack upp en liten bit ovanför ytan och alltså hade kontakt med luften. Vi kontrollerade om det hade skett någon reaktion 6 dagar efter att vi hade ställt undan provrören.

Under laborationen genomförde vi även ett annat försök. Vi beredde en lösning bestående av 0,5 M NaCl (aq), 1 droppe fenolftalein och några droppar 0,2 M K3Fe(CN)6. Vi droppade en droppe av lösningen på ett stålbleck och väntade på reaktionen. Vi droppade även en droppe av lösningen på ett gemensamt järnbleck. Även här väntade vi ut reaktionen.

Ett tredje försök vi gjorde var att kombinera två olika metaller/legeringar med varandra och lägga dem i agarlösning. Vi tog två stålbleck och putsade dem rena. Vi kombinerade de två stålblecken med koppar respektive zink. Vi lade de två kombinationerna i var sin petriskål och hällde över uppvärmd agarlösning. Det ska vara så mycket lösning att blecken täcks helt av den. Även här avvaktade vi 6 dagar.


Resultat

I försöket med järnspikarna fick vi följande resultat:

Fe i vatten: Järnspiken förlorade sin metallglans och fick ett mörkgrått skikt på vissa
Ställen. På botten av provröret lade sig ett rostrött ämne som troligtvis är järnoxid. Järnet oxiderade.

Fe + Mg i vatten Magnesiumbandet fick en beläggning av svart och såg ut på samma sätt som innan vi putsade det i början av försöket. Det bildades även ett vitt ämne som satt som en ”kork” precis ovanför vattenytan. Detta ämne var antagligen magnesiumoxid. Magnesiumet oxiderade.

Fe + Zn i vatten Zinkblecket korroderar och ett rostrött ämne hamnar på provrörets botten och på dess väggar. Zinken oxideras.

Fe + Sn i vatten Tennblecket gör så att järnet korroderar och det bildas järnoxid som hamnar på botten av provröret. Järnet oxiderar.

Fe + Cu i vatten Koppar är ju ett ganska starkt oxidationsmedel och får järnet att oxidera. På botten och på väggarna av provröret bildas den roströda järnoxiden.

För att skydda metaller från korrosion kan man använda olika metoder. Man kan t ex ytbehandla metallen genom att antingen göra en elektrolys och låta exempelvis zink reduceras på järnföremål eller genom att doppa föremålet i en smälta som består av zink. Ett annat sätt man använder för att skydda främst järnföremål är att ansluta den till en offeranod. Offeranoden, vanligtvis zink eller magnesium, har lägre reduktionsförmåga än järnet och oxideras istället för järnet. Ett tredje sätt är att legera metallen, men det är väldigt kostsamt och används inte i särskilt stor utsträckning i vanliga stålkonstruktioner.

På järnblecket som vi droppade vår lösning har det hänt en del. Redan efter en
liten stund kan man se att det i droppens mitt skett en reaktion som fått lösningen att bli blå. Orsaken till detta är att kaliumhexacyanoferratet bildar ett komplex med järn(II)jonerna som bildas vid oxidationen. Ämnet kan med andra ord användas för att påvisa järnjoner. I droppens ytterkant har lösningen blivit rosa och här är det OH- joner som reagerat med fenolftaleinet. OH- jonerna bildas vid reduktionen då vattenmolekylerna, tillsammans med syre, tar upp elektronerna och bildar OH- joner. Det har då uppstått ett lokalelement.

Blecken som vi lade i agarlösningen hade även de reagerat. I petriskålen med koppar och järn var det järnet som oxiderade. Det kunde vi bevisa genom att lösningen runt om järnbiten var blå. Det beror på att kaliumhexacyanoferratet bildar ett komplex med järnjoner och det komplexet blir blått. I den andra petriskålen var det däremot zinken som oxiderade. Det kunde vi se eftersom den stelnade lösningen var ofärgad kring zinkbiten. Det är zinkjonerna som gör att lösningen håller sig ofärgad här medan den får ett jongitter av det kristalliserade NaCl, som ingår i agarlösningen, på den övriga ytan.

Slutsatser och diskussion

De slutsatser vi dragit under de här försöken är att det är den minst ädla metallen som oxiderar. De försök vi genomfört här är exempel på elektrokemisk korrosion. Den andra sortens korrosion, direkta kemiska angrepp från gaser och saltsmältor, kan vi se på många olika platser utanför kemisalen. T ex så rostar olika delar av järn när luftfuktigheten är normal. Vissa metaller, t ex aluminium oxiderar också i luft, men det oxidskikt som bildas skyddar mot vidare korrosion, en egenskap som inte finns hos järn där korrosionen fortsätter.

Lokalelementet, som nämndes under resultat, fungerar då föroreningar elle...