Химические свойства переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа).

Коррозия меди — разрушение металла под воздействием окружающей среды.Коррозия меди наблюдается в воде, атмосфере, почве, кислой среде. Коррозия луженой меди в атмосферных условиях.

Коррозия меди в воде

Скорость коррозии меди в воде во многом зависит от наличия на поверхности оксидных пленок.

В быстро движущихся водных растворах и  воде медь подвергается такому виду разрушения, как ударная коррозия. Скорость протекания ударной коррозии меди  сильно зависит от количества растворенного кислорода. Если вода сильно аэрирована – ударная коррозия меди протекает интенсивно, если же обескислорожена – разрушение незначительно. Коррозия меди в аэрированной воде усиливается с уменьшением рН, увеличением концентрации ионов хлора. Скорость коррозии меди в воде зависит от климатической зоны. В тропиках скорость разрушения несколько выше.

Особенностью меди, омываемой морской водой, можно считать то, что она является одним из немногих металлов, которые не подвержены обрастанию микроорганизмами. Ионы меди для них губительны.

С чистой меди очень часто изготавливают трубопроводы для подачи в дома воды. Они надежны, служат очень долгое время. При наличии в воде растворенной угольной и других кислот  медь понемногу корродирует, а продукты коррозии меди окрашивают сантехническое оборудование. Если вода, проходящая через медные трубы контактирует с железом, алюминием или оцинкованной сталью – то коррозию этих металлов значительно усиливается. Ионы меди осаждаются на поверхности этих металлов, образуя коррозионные гальванические элементы.

Чтоб исключить вредное влияние воды с медных труб на другие металлы используют луженую медь. Внутреннюю часть медного трубопровода покрывают  оловом. Оловянное покрытие должно быть безпористым, во избежание возникновения гальванического элемента (олово по отношению к меди является катодом).

Патина и ее виды

Патина – это защитная пленка, которая покрывает медь при окислении на воздухе. Она необходима для предохранения изделий от дальнейшего разрушения. Патина может делиться по нескольким категориям:


Патина может проявляться различными оттенками естественным путем

  • благородная;
  • «дикая».

Благородная патина на медных предметах имеет черный цвет. Она защищает его от дальнейшего окисления и разрушения поверхности.

«Дикая» патина имеет зеленый налет. Она появляется на изделиях во влажной среде. Почему же она не ценится? Потому что, такой ее вид является следствием неправильного ухода за металлом, вследствие чего на нем появляются углубления, которые являются коррозией.

Проявляется она в образовании на металле каверз, то есть, многочисленных углублений. Дикую патину с поверхности изделий можно убрать только механической чисткой. Это может испортить внешний вид, так как зеленый налет будет снят вместе с его верхним слоем металла.


Искусственное патинирование для придания медным изделиям декоративного вида

Также патина делится на 2 вида:

  • естественную;
  • искусственную.

Естественная патина появляется на поверхности изделиях со временем. И именно она считается самой ценной. Для ее появления требуется немного времени. Тонкая пленка будет видна уже через год. Хороший толстый слой появляется только за 80–100 лет. Все зависит от погодных условий, климата страны и состава атмосферы.

Искусственная патина сейчас особенно популярна. Ее цвет делают близким не только к благородному черному, но и к зеленому. Такой процесс называется патинированием. На бронзе она получается лучше, чем на латуни.

Но почему же искусственное патинирование применяется не везде? Для придания современным предметам интерьера из меди ее стараются не использовать. Потому что основа искусственной патины — это лаки, воски и краски, которые изолируют метал, и мешают ему покрываться ценным естественным налетом.

Советы

  • Если у вас есть набор химика, попробуйте сделать сложный раствор по инструкциям на этом сайте. Помните, что эти инструкции были собраны из разных источников, поэтому конечный результат может быть разным.
  • Смешайте растворы в контейнере, который будет использоваться только для меди, и используйте пульверизатор также только с этой целью.
  • Патина будет держаться дольше, если вы покроете ее специальным средством или воском. Не используйте средства на водной основе, если патина была получена с помощью аммиака.[12]

Коррозийные свойства меди

Медь – металл с высокими пластическими свойствами, имеющий красно-золотистый цвет, а после удаления оксидной пленки – чуть розоватый. По электропроводности он уступает лишь серебру, также характеризуется высокой теплопроводностью. Благодаря низкому удельному сопротивлению медь применяется в электротехнике: идет на изготовление медных пластинок, проволоки, обмотки двигателей.

Из-за высоких антикоррозионных качеств металл включается в сплавы для улучшения их технических характеристик (бронза, латунь и другие). В гальванической среде медь становится катодом, вступает в электрохимические процессы и вызывает ускоренное ржавление прочих металлов.

Медь – неактивный химический элемент, поэтому практически не взаимодействует с воздухом, водой (пресной, морской). Если воздух сухой, на поверхности материала формируется оксидная пленка толщиной до 50 мн. Медное изделие темнеет, становится коричневым или зеленоватым, это называется патиной. В ряде случаев патина воспринимается как декоративное покрытие. Интенсивность коррозии низкая при контакте с разбавленной соляной кислотой, но при реакции с рядом иных кислот, с галогенами, «царской водкой» металл окисляется с образованием карбоната меди.

Зеленый налет на медном изделии

к содержанию ↑

Крошечные сквозные отверстия – признак сквозной коррозии

По мере того, как медные трубы стареют, в них часто появляются крошечные сквозные отверстия – признак сквозной коррозии. Однако, основная причина их появления не просто возраст труб, как мы увидим ниже.

К несчастью, протечки от точечной коррозии в медных трубах обычно происходят в местах, где эти трубы не обследовались и не обслуживались, пока не произошло затопление от этих труб или заражение помещения плесенью. Сантехники обычно имеют множество различных объяснений возникновения этих протечек, но мы ограничимся в этой статье несколькими самыми распространенными.

Три самых распространенных причины – это превышенное количество хлоридов в воде, частички коррозии от старого водонагревателя и высокое давление воды в трубах.

коррозия медикоррозия меди

Окисление металла

При взаимодействии кислорода и меди происходит химическая реакция, из-за которой металл окисляется. На первой стадии окисления медь меняет свой цвет на фиолетовый с красноватым отливом. Если налет не счистить, то в последующем окись обретет черный цвет.

Коррозия луженой меди

Луженая медь отличается превосходной  коррозионной стойкостью. Луженая медь  отлично служит даже под воздействием дождя, града, снега, не чувствительна к перепаду температуры окружающей среды. Атмосферная коррозия луженой меди весьма незначительна. Оловянное покрытие по отношению к меди является анодом, т.к. имеет более электроотрицательный потенциал. Если на нем нет никаких изъянов (пор, трещин, царапин), через которые медь контактирует с атмосферой – оно прослужит очень долго. Если же дефекты покрытия присутствуют – атмосферная коррозия луженой меди протекает по следующим реакциям:

А: Sn — 2e→ Sn2+ — окисление олова;

К: 2 H2О + O2 + 4e → 4 OH- — восстановление меди.

2 Sn + 2 H2О + O2 → 2 Sn(OH)2

Качественное оловянное покрытие продлевает срок службы луженой меди до 100 лет и более.

Воздействие кислот и щелочей

Водопроводные трубы из меди

Водопроводные трубы из меди

Кислотная среда является для меди наиболее агрессивной. Самое сильное воздействие оказывают азотная и серная кислота, если раствор концентрированный, то металл может полностью раствориться. Эту особенность металла учитывают при изготовлении труб, деталей для нефтегазовой промышленности, где такие кислоты присутствуют постоянно. Коррозия меди в щелочной среде не наблюдается, наоборот, в щелочи медь восстанавливается с двухвалентного состояния до одновалентного. Медь сама по себе является щелочным металлом.

Для защиты металла от кислотного воздействия используют ингибиторы – это такие вещества, которые способны замедлить химические реакции. Различают следующие виды ингибиторных веществ:

  • экранирующие – образуют на поверхности металла защитную пленку и не позволяют ему контактировать с кислотой;
  • окислительные – образуют слой окиси на металле, который вступает в реакцию с кислотой и препятствуют ее проникновению к поверхности металла, при этом чем толще это слой, тем выше защита;
  • катодные – повышают перенапряжение катодов раствора, вследствие чего химическая реакция замедляется.

Для меди наиболее приемлемым является экранирующий вид ингибиторов, при этом используют бензотриазол, вместе с солями меди он образует защитную пленку и препятствует разрушению металла.

Электрохимическая коррозия

Это самый распространенный вид разрушения металлических изделий. Электрохимическая коррозия разрушает детали машин, различные конструкции, находящиеся в земле, воде, атмосфере, смазочно-охлаждающих жидкостях. Это повреждение поверхности металлов под воздействием электрического тока, когда при химической реакции происходит отдача и перенос электронов с катодов на аноды. Способствует этому неоднородная химическая структура металлов. При контакте меди с железом в электролите возникает гальванический элемент, где железо становится анодом, а медь – катодом, потому что железо в ряду напряжений по таблице Менделеева стоит левее меди и обладает большей активностью.

Коррозия на монетах

В паре железа с медью коррозия железа наступает быстрее, чем меди. Это происходит потому, что при разрушении железа электроны от него переходят к меди, которая остается защищенной до тех пор, пока полностью не разрушится весь слой железа. Этим свойством часто пользуются для защиты деталей и механизмов.

Почему изделия из меди необходимо регулярно чистить

Медные турки, ковши, самовары отличаются высокой теплопроводностью, потому нагрев в них протекает равномерно, а продукты готовятся быстрее. Это обуславливает высокую популярность изделий в быту. Потребность в чистке медных предметов обусловлена утратой ими внешней привлекательности со временем. Особенно быстро тускнеют и теряют естественный цвет изделия, находящиеся на воздухе или часто нагревающиеся.

Чистка медных изделий от налета

Окисная пленка – патина – популярна лишь там, где требуется придание вещам винтажного облика, стилизация под старину. В противном случае она портит вид посуды, утвари, украшений и статуэток. Чтобы устранить оксидный налет, элементы потемнения и вернуть блеск, придется периодически чистить предметы. Также очищение требуется для исключения попадания в еду вредных соединений, которые могут присутствовать в черном или зеленом слое.

к содержанию ↑

Что вам понадобится

  • Жесткая губка
  • Мягкое моющее средство для посуды
  • Пульверизатор
  • Контейнер с крышкой
  • Закрепитель для меди или воск (поможет зафиксировать патину)

А также:

  • Вода
  • Соль
  • Уксус
  • Пищевая сода
  • Средства марки Miracle Gro
  • Аммиак

Механическая чистка изделий из меди

Данный вид относится к профессиональной чистке и подразумевает предварительное замачивание в дистиллированной воде. Затем тщательно пропитывают синтетической смолой для укрепления патины и предотвращения царапин в процессе дальнейшей чистки.

Мастерами применяются иглы, с минимальной жёсткостью щётки, шаберы ручного и механического управления с различной формой наконечников, а также слесарные резцы.

Этот процесс считается очень длительным, кропотливым, требующим терпения и внимательности.

Три способа изготовления патины в домашних условиях


Дикая патина на статуе Свободы

Первый способ – аммиачное патинирование. Для этого нужно взять пластиковый контейнер. На дно положить пару бумажных или обычных полотенец. Смочить их аммиаком. Затем посыпать крупной поваренной солью. Положить медный предмет изделие и посыпать его солью. А потом накрыть еще несколькими полотенцами, и полить все аммиаком.

Срок выдерживания изделия в контейнере зависит от желаемого результата. Первые изменения будут заметны спустя две минуты. Но благородный зеленый цвет будет хорошо виден только через 2 дня. После чего следует промыть изделие и высушить его.

Второй способ – запекание. Нужно взять 5 частей уксуса на 1 часть соли и смешать их. От габаритов изделия будет зависеть количество раствора. Нужно чтобы металл полностью был погружен в жидкость. Выдерживать изделие в растворе нужно час. По истечении времени вынуть его и положить на противень, который предварительно нужно застелить фольгой.

И запекать изделие при температуре 200 градусов до зеленоватого цвета. После нужно опять окунуть металл в раствор и выдержать его там час. Повторить запекание. Такую процедуру нужно повторить 3 раза, если нужен глубокий цвет или 2 раза, если нужен легкий налет старины. После вымыть и высушить металл.

Третий способ – патинирование с помощью яйца. Сварить его нужно вкрутую, очистить и разрезать напополам. Положить половинки яйца и изделие, которое нуждается в патинировании, в целлофановый пакет и завязать его. Яйцо выделяет серный газ, который входя в реакцию с медью, дает зеленый налет изделию. Нужно держать яйцо и изделие в пакете до тех пор, пока результат не станет удовлетворительным. Обычно это требует 1–2 дня.

Добавь рекламу

Влияние примесей на порчу металлов

Известно, что металлы в чистом виде практически не подвергаются коррозии. Но на практике все материалы содержат какое-то количество примесей. Как же влияют они на сохранность при эксплуатации изделий? Допустим, что имеется деталь, изготовленная из двух металлов. Рассмотрим, как происходит коррозия меди с алюминием. При нахождении на воздухе ее поверхность покрывается тончайшей пленкой из воды. Надо заметить, что вода разлагается на ионы водорода и гидроксид-ионы, а углекислый газ, растворенный в воде, образует угольную кислоту. Получается, что медь и алюминий, погруженные в раствор, создают гальванический элемент. Причем алюминий – анод, медь – катод (алюминий в ряду напряжений стоит левее меди).

Медная проволока

Ионы алюминия попадают в раствор, а к меди переходят избыточные электроны, разряжая у ее поверхности ионы водорода. Ионы алюминия и гидроксид-тоны соединяются и откладываются на поверхности алюминия в виде белого вещества, вызывая коррозию.

Медь устойчива в таких средах:

— атмосфера;

— морская вода;

— горячая и холодная пресная вода;

— в определенных условиях, находясь в контакте с галогенами;

— неокислительных кислотах, горячих и холодных деаэрированных разбавленных растворах H3PO4, H2SO4, уксусной кислоты.

Об этой статье

Эту страницу просматривали 25 056 раз.

Меры предосторожности при очищении меди

При чистке агрессивными средствами необходимо соблюдать меры безопасности:

  • внимательно ознакомиться с инструкцией;
  • использовать резиновые перчатки;
  • при необходимости одеть защитную маску для избежания ожогов дыхательных путей, выделяющимися парами чистящих средств;
  • при механической чистке меди воспользоваться пластиковыми очками для защиты глаз от инородного тела;
  • в случае попадания средства на кожу или в глаза необходимо сразу промыть участок водой или обратиться за медицинской помощью;
  • для избежания повреждения меди не рекомендуется надолго оставлять изделие в кислоте, а также пользоваться железными щётками и абразивными веществами.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...