Сторінка
3

Метали. Властивості металів

Ряд напруг характеризує хімічні властивості металів:

1. Чим менше електродний потенціал металу, тим більше його відбудовна здатність.

2. Кожен метал здатний витісняти(відновлювати) з розчинів солей ті метали, що коштують у ряді напруг після нього.

3. Усі метали, що мають негативний стандартний електродний потенціал, тобто, що знаходяться в ряді напруг лівіше водню, здатні витісняти його з розчинів кислот.

Необхідно відзначити, що представлений ряд характеризує поводження металів і їхніх солей тільки у водяних розчинах і при кімнатній температурі. Крім того, потрібно мати через, що висока електрохімічна активність металів не завжди означає його високу хімічну активність. Наприклад, ряд напруг починається літієм, тоді як більш активні в хімічному відношенні рубідій і калій знаходяться правіше літію. Це зв'язано з винятково високою енергією процесу гідратації іонів літію в порівнянні з іонами інших лужних металів.

IV. Корозія металів

Майже всі метали, приходячи в зіткнення з навколишньою їх газоподібним чи рідким середовищем, більш-менш швидко піддаються з поверхні руйнуванню. Причиною його є хімічна взаємодія металів з газами, що знаходяться у повітрі, а також водою і розчиненими в ній речовинами.

Усякий процес хімічного руйнування металів під дією навколишнього середовища називають корозією.

Простіше всього протікає корозія при зіткненні металів з газами. На поверхні металу утворяться відповідні сполуки: оксиди, сірчисті сполуки, основні солі вугільної кислоти, що нерідко покривають поверхню щільним шаром, що захищає метал від подальшого впливу тих же газів.

Інакше обстоїть справа при зіткненні металу з рідким середовищем - водою і розчиненими в ній речовинами. Сполуки, що утворяться при цьому, можуть розчинятися, завдяки чому корозія поширюється далі всередину металу. Крім того, вода, що містить розчинені речовини, є провідником електричного струму, унаслідок чого постійно виникають електрохімічні процеси, що є одним з головних факторів, що обумовлюють і прискорюють корозію.

Чисті метали в більшості випадків майже не піддаються корозії. Навіть такий метал, як залізо, у зовсім чистому виді майже не іржавіє. Але звичайні технічні метали завжди містять різні домішки, що створює сприятливі умови для корозії.

Збитки, заподіювані корозією металів, величезні. Обчислено, наприклад, що внаслідок корозії щорічно гине така кількість стали, що дорівнює приблизно чверті усього світового видобутку його за рік. Тому вивченню процесів корозії і відшуканню найкращих засобів її запобігання приділяється дуже багато уваги.

Способи боротьби з корозією надзвичайно різноманітні. Найбільш простий з них полягає в захисті поверхні металу від безпосереднього зіткнення з навколишнім середовищем шляхом покриття олійною фарбою, лаком, чи емаллю, нарешті, тонким шаром іншого металу. Особливий інтерес з теоретичної точки зору представляє покриття одного металу іншим.

До них відносяться: катодне покриття, коли захищаючий метал коштує в ряді напруг правіше захищаючого (типовим прикладом може служити луджена, тобто покрита оловом, сталь); анодне покриття, наприклад, покриття стали цинком.

Для захисту від корозії доцільно покривати поверхня металу шаром більш активного металу, чим шаром менш активного. Однак інші розуміння нерідко змушують застосовувати також покриття з менш активних металів.

На практиці найчастіше приходиться вживати заходів до захисту стали як металу, особливо підданого корозії. Крім цинку, з більш активних металів для цієї мети іноді застосовують кадмій, що діє подібно цинку. З менш активних металів для покриття стали найчастіше використовують олово, мідь, нікель.

Покриті нікелем сталеві вироби мають красивий вигляд, чим пояснюється поширення нікелювання. При ушкодженні шаруючи нікелю корозія проходить менш інтенсивно, чим при ушкодженні шаруючи міді (чи олова), тому що різниця потенціалів для пари нікель-залізо набагато менше, ніж для пари мідь-залізо.

З інших способів боротьби з корозією існує ще спосіб протекторів, що полягає в тому, що металевий об'єкт, який захищається, приводиться в контакт із великою поверхнею більш активного металу. Так, у парові казани вводять аркуші цинку, що знаходяться в контакті зі стінками казана й утворюють з ними гальванічну пару.

V. Поняття про сплави

Характерною рисою металів є їхня здатність утворювати один з одним чи з неметалами сплави. Щоб одержати сплав, суміш металів звичайно піддають плавленню, а потім прохолоджують з різною швидкістю, що визначається природою компонентів і зміною характеру їхньої взаємодії в залежності від температури. Іноді сплави одержують спіканням тонких порошків металів, не прибігаючи до плавлення (порошкова металургія). Отже сплави - це продукти хімічної взаємодії металів.

Кристалічна структура сплавів багато в чому подібна чистим металам, що, взаємодіючи один з одним при плавленні і наступній кристалізації, утворять: а) хімічні сполуки, називані інтерметалідами; б) тверді розчини; в) механічну суміш кристалів компонентів.

Той чи інший тип взаємодії визначається співвідношенням енергії взаємодії різнорідних і однорідних часток системи, тобто співвідношенням енергій взаємодії атомів у чистих металах і сплавах.

Сучасна техніка використовує величезне число сплавів, причому в переважній більшості випадків вони складаються не з двох, а з трьох, чотири і більшого числа металів. Цікаво, що властивості сплавів часто різко відрізняються від властивостей індивідуальних металів, який вони утворені. Так, сплав, що містить 50% вісмуту, 25% свинцю, 12,5% олова і 12,5% кадмію, плавиться усього при 60,5 градусах Цельсія, у той час як компоненти сплаву мають відповідно температури плавлення 271, 327, 232 і 321 градус Цельсія. Твердість олов'яної бронзи (90% міді і 10% олова) утроє більше, ніж у чистої міді, а коефіцієнт лінійного розширення сплавів заліза і нікелю в 10 разів менше, ніж у чистих компонентів.

Однак деякої домішки погіршують якість металів і сплавів. Відомо, наприклад, що чавун (сплав заліза і вуглецю) не має ту міцність і твердістю, що характерні для сталі. Крім вуглецю, на властивості стали впливають добавки сірки і фосфору, що збільшують її крихкість.