铁的生锈与防护

铁的生锈与防护
铁的生锈与防护
一、问题的提出：
铁生锈，大家司空见惯。

但同样是铁制品，有的极容易生锈，有的却很难生锈。

比如放在潮湿的地方的铁制品很容易生锈，但放在干燥的地方的铁制品却不是很容易生锈；裸露在空气中的铁制品很容易生锈，但涂了油漆的或镀上了一些不易生锈的金属后的铁制品却不太容易生锈。

为什么会出现这种现象？铁生锈到底与哪些因素有关？
二、问题假设：铁生锈与空气和水有关
在潮湿的地方的铁器比干燥的地方的铁器更容易生锈是因为在潮湿的地方的铁器比干燥的地方的铁器更容易与水接触；而涂了油漆的铁制品不容易生锈则是因为油漆起到了隔绝空气中和水的作用。

而如果要减少铁的生锈，则可以从实验的结论出发，任意切断生锈条件中的一个便可。

如把铁上面涂上油漆，便切断了铁和空气的接触。

而把一些铁制品如菜刀等用完后擦干并放在干燥的地方，则可以切断铁和水的接触，从而防止铁制品生锈。

三、进行实验，查找资料：
根据我们的假设，我们设计了如下实验：将一只较软的小塑料瓶中通入氧气，并且注入适量的蒸馏水，将一只被打磨光滑的铁钉的一部分浸在水中，一部分露出水面，将杯口盖住，待到铁生锈时若瓶变瘪则与氧气有关，若水面与氧气交界处锈蚀最快则是水与氧气共同作用的结果。

四、得出结论：
因为铁的价电子速率可塑性较大，化学性质较活泼，所以铁较易与氧起反应。

自然界的铁一般都呈氧化状态，炼铁实际上是把氧化铁还原成铁。

铁能与纯氧剧烈反应，铁还能与潮湿空气中的氧缓慢地进行氧化反应--铁生锈。

铁在干燥的空气中不易生锈，浸在与大气隔绝的水中也不易生锈，而在潮湿的环境中很易生锈。

为什么？
在潮湿的空气中，空气中的氧价和运转的速率较高，时常与水汽中的氧互换位置，刚从水汽中置换出来的氧速率不稳，瞬时还有单原子氧出现，有较强的氧化性能，其时，正好与铁的价和速率一致，所以很容易与铁化合，形成三氧化二铁。

三氧化二铁质地疏松吸潮，形成了铁生锈的恶性循环。

还有空气中的二氧化碳有少量能溶入水中，形成局部碳酸，与铁反应，这也是铁生锈的原因之一。

铁的成分不纯，或是受到外力而内应力较大或变形较大的地方更易生锈。

这是因为这些外因都能使铁的价和运转速率不稳，价和电子在运转变化或等待之时，外来物质的价和运转乘虚而入，与铁结合形成了铁的氧化物。

不锈钢实际上是在铁中添加了少量的铬或镍，是铁铬（铁镍）合金。

铬和镍与铁一样，都有二个价电子，而且价和电子速率十分稳定，掺和在铁当中，这些稳定的价和运转及稳定的电磁力，使周围的铁的价和运转的速率也随之同步稳定，铁的二个价和电子运转稳定了，不易与氧起反应，也就不易生锈了。

五、生锈的危害：
1.造成资源浪费：钢铁生锈是铁的致命弱点，全世界每年有将近十分之一的钢铁制品由于生锈而报废，造成了资源的巨大浪费。

2.导致事故的发生：栏杆生锈松动工人失足坠楼
3.铁生锈是否可以利用：
我们知道，在人们研究防止钢铁生锈的过程中，有人就注意到钢铁在生锈的过程中，伴随着一个极其普遍的化学反应现象——放热。

利用这个化学反应放出的热量作为热源而发明了一种发热剂。

这种发热剂的主要成分是铁粉、活性炭、食盐水、木屑等。

发热剂和空气接触时，铁屑就要发生一系列复杂的化学反应而生锈，同时放出大量的热。

为了加快铁生锈的速率，必须提高铁和空气的接触面，把铁粉的粒度做的很小其直径一般在0.15mm以下。

发热剂中的食盐和活性炭也能加快铁生锈的速度。

把发热剂装入塑料袋中，然后再进一步包装，就可以制成各种各样的热散敷袋或化学暖炉。

用于取暖或用于医疗保健。

温度可维持在50℃～60℃，并能持续很长时间。

六，金属生锈对策
金属的防护方法很多，常用的方法有以下几种：
(1)采用合金
此法可直接提高金属本身的耐腐蚀性。

例如，含铬不锈钢，就是铬与铁的合金。

合金能提高电极电势，减少阳极活性，从而使金属的稳定性大大提高。

(2)采用保护层
在金属表面覆以非金属材料涂层，如：油漆、搪瓷及塑料膜等，使金属与大气隔离，提高耐蚀性。

(3)缓蚀剂法
在腐蚀性介质中加入少量能减少腐蚀速度的物质来防止腐蚀的方法叫做缓蚀剂法。

所加的物质叫做缓蚀剂。

缓蚀剂的种类很多，按化学性质可分为无机和有机缓蚀剂两类：
①无机缓蚀剂的作用主要是在金属表面形成氧化膜或难溶物质。

通常在碱性介质中使用硝酸钠、亚硝酸钠、磷酸盐等；在中性溶液中用亚硝酸钠、铬酸盐、重铬酸盐等。

②有机缓蚀剂的缓蚀作用机理复杂，目前还不很清楚。

在酸性介质中，通常使用有机缓蚀剂，例如苯胺、动物胶、乌洛托品(六次甲基四胺，(CH2)6N4)等。

最简单的一种机理认为缓蚀剂吸附在金属表面上，阻碍了氧化剂得电子，从而减慢了腐蚀。

(4)电化学保护法
鉴于金属电化学腐蚀中是阳极金属(较活泼金属)被腐蚀，我们可以使用外加阳极将被保护的金属作为阴极保护起来。

因此电化学保护法又叫做阴极保护法。

根据外加的阳极不同，该法又分为牺牲阳极保护与外加电源法两种：
牺牲阳极保护法是将较活泼金属或合金连接在被保护的金属设备上形成原电池。

这时活泼金属作为电池的阳极而被腐蚀，被保护金属为阴极而得到保护。

常用的牺牲阳极材料有Mg，Al，Zn及其合金。

牺牲阳极法常用于蒸气锅炉的内壁、海船的外壳和海底设备。

牺牲阳极通常是占有被保护金属表面积的1％～5％，分散分布在被保护金属的表面上。

②外加电源法是将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极。

外加直流电源的负极接被保护金属(阴极)，另用一废钢铁作正极。

在外接电源的作用下阴极受到保护。

这种保护法广泛用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。