Содержание

Ряд активности металлов. Реакции замещения — Учебник по Химии. 8 класс. Григорович

Учебник по Химии. 8 класс. Григорович — Новая программа

Вспомните:

• простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, их разделяют на металлы и неметаллы;

• для металлов характерны металлический блеск, электропроводность, пластичность и т. п.

Понятие о ряде активности металлов

Во многих химических реакциях принимают участие простые вещества, в частности металлы. Металлы могут взаимодействовать почти со всеми классами неорганических соединений, которые изучаются в школьном курсе химии. Однако разные металлы проявляют разную активность в химических взаимодействиях, и от этого зависит, произойдет реакция или нет.

Чем больше активность металла, тем энергичнее он взаимодействует с другими веществами. По активности все металлы можно расположить в ряд, который называется рядом активности металлов (вытеснительным рядом металлов, рядом напряжений металлов, электрохимическим рядом напряжений металлов).

Этот ряд впервые составил и изучил выдающийся украинский ученый Η. Н. Бекетов, поэтому у данного ряда есть еще одно название — ряд Бекетова.

Ряд активности металлов Бекетова выглядит так (более полный ряд см. на форзаце 2):

Николай Николаевич Бекетов (1827-1911)

Русский и украинский химик, основатель украинской школы физической химии, академик Петербургской академии наук с 1886 г. Родился в семье морского офицера. Закончил Казанский университет, работал в Петербурге в Медико-химической лаборатории. Преподавал химию цесаревичу — будущему императору Николаю II. С 1855 г. профессор императорского университета в Харькове, где по предложению ученого в 1864 г. было открыто первое в Украине физикохимическое отделение. Именно там впервые в мире он начал преподавать физическую химию как отдельную дисциплину. Бекетов открыл способ восстановления металлов из их оксидов, который и сегодня используют в металлургии, установил зависимость сродства элементов от порядкового номера, первым получил чистые оксиды щелочных элементов (Натрия, Калия), составил ряд активности металлов, который назван его именем, был автором первого в мире учебника по физической химии.

В этом ряду металлы расположены по уменьшению их химической активности в водных растворах. Таким образом, среди приведенных металлов наиболее активным является калий, а наименее активным — золото. С помощью этого ряда легко выяснить, какой металл активнее другого. Также в этом ряду находится водород. Конечно, водород не является металлом, но в данном ряду его активность принята за точку отсчета (своего рода ноль).

Взаимодействие металлов с кислотами

Металлы, расположенные в ряду активности слева от водорода, способны вступать в реакции с кислотами, в которых атомы металлических элементов замещают атомы Гидрогена в кислотах. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород Н

2 (рис. 36.1, с. 194):

Mg + 2НСl = MgCl2 + H2

Zn + H2SO4= ZnSO4 + H2

Рис. 36.1. Взаимодействие металлов с кислотами: а — алюминий; б — цинк; в — никель

Чем левее расположен металл в ряду активности, тем более бурно он взаимодействует с кислотами. Наиболее интенсивно вытесняют водород из кислот те металлы, которые расположены в самом начале ряда. Так, магний взаимодействует очень бурно (жидкость словно закипает), цинк взаимодействует значительно спокойнее, железо реагирует совсем слабо (пузырьки водорода едва образуются), а медь вовсе не взаимодействует с кислотой (рис. 36.2).

Рис. 36.2. Взаимодействие металлов с хлоридной кислотой

Если металл расположен в ряду активности справа от водорода, то он не способен вытеснять водород из растворов кислот, и потому реакция не происходит (табл. 12, с. 197):

Сu + НСl ≠

Обратите внимание на уравнения реакций металлов с кислотами, приведенные выше: в этих реакциях атомы металлических элементов из простого вещества замещают атомы Гидрогена в кислотах. Такие реакции называют реакциями замещения.

Реакции замещения — это реакции, в которых атом элемента простого вещества вытесняет атом другого элемента из сложного вещества.

Взаимодействие нитратной и концентрированной сульфатной кислот с металлами происходит по другой схеме. В таких реакциях водород почти не выделяется, а выделяются другие продукты реакции, о чем вы узнаете в следующих классах.

Взаимодействие металлов с водой

Металлы, расположенные в ряду активности слева от водорода, способны вытеснять водород не только из растворов кислот, но и из воды. Как и в случае с кислотами, активность взаимодействия металлов с водой зависит от расположения металла в ряду активности (рис. 36.3).

Рис. 36.3. При обычных условиях натрий и кальций активно взаимодействуют с водой с выделением водорода, а цинк и железо не взаимодействуют

Металлы, расположенные в ряду активности слева от магния, взаимодействуют с водой при обычных условиях. В таких реакциях образуются щелочи и водород:

Литий взаимодействует с водой очень бурно (рис. 36.4):

2Li + 2Н2O = 2LiOH + Н2

Рис. 36.4. Взаимодействие лития с водой с образованием бесцветного раствора литий гидроксида

Калий реагирует с водой так бурно, что иногда случается взрыв: во время реакции выделяется настолько большое количество теплоты, что выделяемый водород загорается и вызывает воспламенение самого металла.

Кальций и натрий взаимодействуют с водой так же бурно, но без взрыва:

Са + 2Н2O = Са(ОН)2 + Н2

2Na + 2Н2O = 2NaOH + Н2

То, что в результате реакции активных металлов с водой образуются щелочи, можно доказать, добавив раствор фенолфталеина, который приобретает характерную малиновую окраску (рис. 36.5, с. 196).

Рис. 36.5. После взаимодействия кальция с водой добавили фенолфталеин: в растворе виден осадок кальций гидроксида, а малиновый цвет свидетельствует о наличии щелочи

Магний взаимодействует с водой по такой же схеме, что и активные металлы, но вместо щелочи образуется нерастворимое основание. Реакция протекает настолько медленно, что сначала при добавлении магния к воде никакой реакции не наблюдается — пузырьки водорода начинают выделяться лишь спустя некоторое время (рис. 36.6). Для инициирования реакции воду следует немного подогреть или проводить реакцию в кипящей воде.

Рис. 36.6. При комнатной температуре магний взаимодействует с водой очень медленно, раствор слегка мутнеет вследствие образования малорастворимого магний гидроксида

Большинство других металлов, расположенных между магнием и водородом в ряду активности, также могут взаимодействовать с водой (вытеснять из нее водород), но это происходит при более «жестких» условиях: для этого через раскаленные металлические опилки пропускают перегретый водяной пар. Конечно, при таких условиях гидроксиды разлагаются (на оксид и воду), поэтому продуктами реакции являются оксид соответствующего металлического элемента и водород:

Никель, олово и свинец пассивируются водой, поэтому ни при каких условиях с водой не реагируют.

Таблица 12. Зависимость химических свойств металлов от положения в ряду активности

Взаимодействие металлов с солями

Если соль растворима в воде, то металлический элемент в ней может быть вытеснен более активным металлом:

Например, если погрузить в раствор купрум(II) сульфата железную пластинку, через определенное время на ней выделится медь в виде красного налета:

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu↓

Со временем железная пластинка покрывается довольно плотным слоем порошка меди, а раствор светлеет, что свидетельствует об уменьшении в нем концентрации купрум(II) сульфата (рис. 36.7).

Рис. 36.7. Взаимодействие раствора купрум(II) сульфата с железной пластинкой

Железо расположено в ряду активности слева от меди, поэтому атомы Феррума могут вытеснить атомы Купрума из соли. Но если в раствор купрум(II) сульфата погрузить серебряную пластину, то реакция не происходит:

CuSO4 + Ag ≠

Медь можно вытеснить из соли любым металлом, расположенным слева от меди в ряду активности металлов. При этом медь будет вытеснять из растворов других солей любой металл, который расположен в ряду активности справа от нее (рис. 36.8):

2AgNO3 + Сu = Cu(NO3)2 + 2Ag

Рис. 36.8. Менее активное, чем медь, серебро оседает на поверхности медной проволоки. Раствор приобретает голубую окраску благодаря образованию на нем соли Купрума

Наиболее активные металлы, расположенные в самом начале ряда, — натрий, калий — не вытесняют другие металлы из растворов солей, поскольку они такие активные, что взаимодействуют не с растворенной солью, а с водой, в которой эта соль растворена.

Взаимодействие металлов с оксидами

Оксиды металлических элементов также способны взаимодействовать с металлами. Более активные металлы вытесняют менее активные из оксидов. Но, в отличие от взаимодействия металлов с солями, чтобы реакция осуществилась, оксиды необходимо расплавить:

Для получения металла из оксида можно применять любой металл, который расположен в ряду активности левее, даже самые активные натрий и калий, ведь в расплавленном оксиде воды нет:

ZnO + 2Na = Na2O + Zn

CaO + 2K = K2O + Ca

Вытеснение металлов из солей или оксидов более активными металлами иногда применяют в промышленности для получения металлов.

• Многие кислоты и другие вещества алхимики называли «спиртами» (от латин. spiritus — «дух», «запах»). Так, был spiritus sale — соляный спирт, или хлоридная кислота, spiritus nitrate — нитратная кислота и т. д. В современном химическом языке от этих названий остались только spiritus ammonia — нашатырный спирт, который является раствором аммиака NH

3, и spiritus vini — винный, или этиловый, спирт.

• Горящие активные металлы (магний, натрий и др.) невозможно погасить водой. Причина заключается в том, что при контакте с водой горящий магний реагирует с ней, вследствие чего выделяется водород, который только усиливает горение.

• «Царской водкой» химики называют кислоту, которая является смесью концентрированных нитратной и хлоридной кислот. Такое название эта смесь получила потому, что с ней взаимодействует даже золото.



§ 36. Ряд активности металлов. Реакции замещения » Народна Освіта

 

Вспомните:

•    простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, их разделяют на металлы и неметаллы;

•    для металлов характерны металлический блеск, электропроводность, пластичность и т. п.

Понятие о ряде активности металлов

Во многих химических реакциях принимают участие простые вещества, в частности металлы. Металлы могут взаимодействовать почти со всеми классами неорганических соединений, которые изучаются в школьном курсе химии. Однако разные металлы проявляют разную активность в химических взаимодействиях, и от этого зависит, произойдет реакция или нет.

Чем больше активность металла, тем энергичнее он взаимодействует с другими веществами. По активности все металлы можно расположить в ряд, который называется рядом активности металлов (вытеснительным рядом металлов, рядом напряжений металлов, электрохимическим рядом напряжений металлов). Этот ряд впервые составил и изучил выдающийся украинский ученый Н. Н. Бекетов, поэтому у данного ряда есть еще одно название — ряд Бекетова.

Ряд активности металлов Бекетова выглядит так (более полный ряд см. на форзаце 2):

Русский и украинский химик, основатель украинской школы физической химии, академик Петербургской академии наук с 1886 г. Родился в семье морского офицера. Закончил Казанский университет, работал в Петербурге в Медико-химической лаборатории.

 

Преподавал химию цесаревичу — будущему императору Николаю II. С 1855 г. профессор императорского университета в Харькове, где по предложению ученого в 1864 г. было открыто первое в Украине физикохимическое отделение. Именно там впервые в мире он начал преподавать физическую химию как отдельную дисциплину. Бекетов открыл способ восстановления металлов из их оксидов, который и сегодня используют в металлургии, установил зависимость сродства элементов от порядкового номера, первым получил чистые оксиды щелочных элементов (Натрия, Калия), составил ряд активности металлов, который назван его именем, был автором первого в мире учебника по физической химии.

В этом ряду металлы расположены по уменьшению их химической активности в водных растворах. Таким образом, среди приведенных металлов наиболее активным является калий, а наименее активным — золото. С помощью этого ряда легко выяснить, какой металл активнее другого. Также в этом ряду находится водород. Конечно, водород не является металлом, но в данном ряду его активность принята за точку отсчета (своего рода ноль).

Взаимодействие металлов с кислотами

Металлы, расположенные в ряду активности слева от водорода, способны вступать в реакции с кислотами, в которых атомы металлических элементов замещают атомы Гидрогена в кислотах. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород H2 (рис. 36.1, с. 194):

Чем левее расположен металл в ряду активности, тем более бурно он взаимодействует с кислотами. Наиболее интенсивно вытесняют водород из кислот те металлы, которые расположены в самом начале ряда. Так, магний взаимодействует очень бурно (жидкость словно

закипает), цинк взаимодействует значительно спокойнее, железо реагирует совсем слабо (пузырьки водорода едва образуются), а медь вовсе не взаимодействует с кислотой (рис. 36.2).

Если металл расположен в ряду активности справа от водорода, то он не способен вытеснять водород из растворов кислот, и потому реакция не происходит (табл. 12, с. 197):

Обратите внимание на уравнения реакций металлов с кислотами, приведенные выше: в этих реакциях атомы металлических элементов из простого вещества замещают атомы Гидрогена в кислотах. Такие реакции называют реакциями замещения.

Реакции замещения — это реакции, в которых атом элемента простого вещества вытесняет атом другого элемента из сложного вещества.

Взаимодействие нитратной и концентрированной сульфатной кислот с металлами происходит по другой схеме. В таких реакциях водород почти не выделяется, а выделяются другие продукты реакции, о чем вы узнаете в следующих классах.

Взаимодействие металлов с водой

Металлы, расположенные в ряду активности слева от водорода, способны вытеснять водород не только из растворов кислот, но и из воды. Как и в случае с кислотами, активность взаимодействия металлов с водой зависит от расположения металла в ряду активности (рис. 36.3).

Металлы, расположенные в ряду активности слева от магния, взаимодействуют с водой при обычных условиях. В таких реакциях образуются щелочи и водород:

 

Литий взаимодействует с водой очень бурно (рис. 36.4):

 

Калий реагирует с водой так бурно, что иногда случается взрыв: во время реакции выделяется настолько большое количество теплоты, что выделяемый водород загорается и вызывает воспламенение самого металла.

 

Кальций и натрий взаимодействуют с водой так же бурно, но без взрыва:

 

То, что в результате реакции активных металлов с водой образуются щелочи, можно доказать, добавив раствор фенолфталеина, который приобретает характерную малиновую окраску (рис. 36.5, с. 196).


Магний взаимодействует с водой по такой же схеме, что и активные металлы, но вместо щелочи образуется нерастворимое основание. Реакция протекает настолько медленно, что сначала при добавлении магния к воде никакой реакции не наблюдается — пузырьки водорода начинают выделяться лишь спустя некоторое время (рис. 36.6). Для инициирования реакции воду следует немного подогреть или проводить реакцию в кипящей воде.

Большинство других металлов, расположенных между магнием и водородом в ряду активности, также могут взаимодействовать с водой (вытеснять из нее водород), но это происходит при более «жестких» условиях: для этого через раскаленные металлические опилки пропускают перегретый водяной пар. Конечно, при таких условиях гидроксиды разлагаются (на оксид и воду), поэтому продуктами реакции являются оксид соответствующего металлического элемента и водород:

Никель, олово и свинец пассивируются водой, поэтому ни при каких условиях с водой не реагируют. Активность металлов увеличивается

Реагируют с кислотами с образованием соли и водорода

 

Не реагируют с кислотами

Реагируют с водой при обычных условиях

Вытесняют водород из воды при высокой температуре, образуют оксиды

С водой не взаимодействуют

Из водного раствора соли металл вытеснить невозможно

Металл можно получить вытеснением его более активным металлом из раствора соли

 

Взаимодействие металлов с солями

Если соль растворима в воде, то металлический элемент в ней может быть вытеснен более активным металлом:

Например, если погрузить в раствор купрум(П) сульфата железную пластинку, через определенное время на ней выделится медь в виде красного налета:

Со временем железная пластинка покрывается довольно плотным слоем порошка меди, а раствор светлеет, что свидетельствует об уменьшении в нем концентрации купрум(П) сульфата (рис. 36.7).

 

Железо расположено в ряду активности слева от меди, поэтому атомы Феррума могут вытеснить атомы Купрума из соли. Но если в раствор купрум(П) сульфата погрузить серебряную пластину, то реакция не происходит:

CuSO4 + Ag ф

Медь можно вытеснить из соли любым металлом, расположенным слева от меди в ряду активности металлов. При этом

Рис. 36.8. Менее активное, чем медь, серебро оседает на поверхности медной проволоки. Раствор приобретает голубую окраску благодаря образованию на нем соли Купрума

 

медь будет вытеснять из растворов других солей любой металл, который расположен в ряду активности справа от нее (рис. 36.8):

 

Наиболее активные металлы, расположенные в самом начале ряда,— натрий, калий — не вытесняют другие металлы из растворов солей, поскольку они такие активные, что взаимодействуют не с растворенной солью, а с водой, в которой эта соль растворена.

Взаимодействие металлов с оксидами

Оксиды металлических элементов также способны взаимодействовать с металлами. Более активные металлы вытесняют менее активные из оксидов. Но, в отличие от взаимодействия металлов с солями, чтобы реакция осуществилась, оксиды необходимо расплавить:

 

Для получения металла из оксида можно применять любой металл, который расположен в ряду активности левее, даже самые активные натрий и калий, ведь в расплавленном оксиде воды нет:

Вытеснение металлов из солей или оксидов более активными металлами иногда применяют в промышленности для получения металлов.

 

•    Многие кислоты и другие вещества алхимики называли «спиртами» (от латин. spiritus — «дух», «запах»). Так, был spiritus sale — соляный спирт, или хлоридная кислота, spiritus nitrate — нитратная кислота и т. д. В современном химическом языке от этих названий остались только spiritus ammonia — нашатырный спирт, который является раствором аммиака NH3, и spiritus vini — винный, или этиловый, спирт.

•    Горящие активные металлы (магний, натрий и др.) невозможно погасить водой. Причина заключается в том, что при контакте с водой горящий магний реагирует с ней, вследствие чего выделяется водород, который только усиливает горение.

•    «Царской водкой» химики называют кислоту, которая является смесью концентрированных нитратной и хлоридной кислот. Такое название эта смесь получила потому, что с ней взаимодействует даже золото.

Взаимодействие хлоридной кислоты с металлами

Оборудование: штатив с пробирками.

Реактивы: гранулированные образцы металлов: железо, цинк, олово, алюминий, медь; хлоридная кислота.

Правила безопасности:

•    используйте небольшие количества реактивов;

•    остерегайтесь попадания реактивов на одежду, кожу, в глаза; в случае попадания кислоты ее следует немедленно смыть большим количеством воды и протереть место разбавленным раствором соды.

1.    В отдельные пробирки поместите выданные вам кусочки металлов (железо, цинк, олово, алюминий, медь).

2.    Прилейте в каждую пробирку по 1-2 мл хлоридной кислоты.  Что вы наблюдаете? С каким металлом выделение водорода проходит наиболее интенсивно?

3.    Запишите свои наблюдения в тетрадь.

4.    Сделайте вывод о возможности взаимодействия металлов с кислотами. Сопоставьте активность этого взаимодействия с положением металла в ряду активности.

Взаимодействие металлов с солями в водном растворе

Оборудование: штатив с пробирками.

Реактивы: растворы купрум(П) сульфата, плюмбум(П) нитрата; железная и цинковая пластинки.

Правила безопасности:

•    используйте небольшие количества реактивов;

•    остерегайтесь попадания реактивов на одежду, кожу, в глаза; в случае попадания вещества его следует немедленно смыть водой.

1.    В первую пробирку налейте раствор купрум(П) сульфата, во вторую — раствор плюмбум(П) нитрата.

2.    В первую пробирку с купрум(П) сульфатом погрузите железную пластину, а во вторую — цинковую. Что наблюдаете? Изменятся ли признаки реакции, если в раствор купрум(П) сульфата опустить цинковую пластину, а в раствор плюмбум(П) нитрата — железную пластину? А если бы в обоих случаях использовали серебряную пластину?

3.    Запишите свои наблюдения. Составьте соответствующие уравнения реакций.

4.    Сделайте вывод, в котором обоснуйте возможность взаимодействия солей с металлами с точки зрения положения металлов в ряду активности.

Выводы

1.    Все металлы, расположенные в один ряд по уменьшению их активности, образуют ряд активности металлов. В него также добавлен водород как вещество, относительно которого определяют активность металлов.

2.    Металлы, расположенные в ряду активности слева от водорода, вытесняют его из кислот и воды. Чем левее расположен металл, тем активнее он вступает в реакции. Металлы слева от магния взаимодействуют с водой при обычных условиях, образуя соответствующие гидроксиды и водород, а металлы, расположенные от магния до водорода, взаимодействуют с водой при высокой температуре с образованием оксидов.

3.    Металлы могут вытеснять друг друга из соли или оксида: более активный металл всегда вытесняет менее активный. Для проведения таких реакций с водными растворами солей нельзя использовать металлы, расположенные в ряду активности до магния, поскольку они будут взаимодействовать с водой, а не с растворенной в ней солью.

Контрольные вопросы

1.    Какую информацию содержит ряд активности металлов Бекетова? По какому принципу в нем расположены металлы?

2.    Какие металлы вытесняют водород из кислот? Приведите примеры.

3.    Какие металлы взаимодействуют с водой? Какие из них взаимодействуют при обычных условиях, а какие — при высокой температуре?

4.    По какому принципу необходимо отбирать металлы для вытеснения других металлов из растворов солей? из расплавов оксидов?

Задания для усвоения материала

1.    При каких условиях кислоты реагируют: а) с металлами; б) основаниями; в) солями? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

2.    При каких условиях соли реагируют: а) с кислотами; б) металлами; в) основаниями? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

3.    Кусочки магния и олова поместили в раствор хлоридной кислоты. В каком случае реакция протекает интенсивнее? Составьте уравнения этих реакций.

4.    Образцы натрия, кальция и цинка залили водой. Что наблюдается в каждом случае? Составьте соответствующие уравнения реакций.

5.    В раствор никель(И) сульфата погрузили свинцовую и железную пластины. В каком случае реакция происходит? Ответ обоснуйте.

6.    Почему для получения меди из раствора купрум(П) сульфата нельзя использовать натрий и калий, ведь они активнее меди? Можно ли их использовать для добывания меди из расплава купрум(И) оксида?

7.    Калий взаимодействует с водой настолько бурно, что выделяемый водород загорается. Какое вещество образуется в растворе? Составьте уравнение реакции.

8.    Предложите, как с помощью химических реакций разделить смесь меди и железа.

9.    Какие вещества образуются при взаимодействии воды: а) с активными металлами; б) оксидами активных металлических элементов; в) оксидами неметаллических элементов? Приведите примеры.

10.    Составьте уравнения возможных реакций:

11.    С какими из данных веществ взаимодействует сульфатная кислота: NaNO3, CO2, NaOH, AgNO3, Zn, Ba, CaCO3, Cu(OH)2, Zn(OH)2, HCl, SiQ2, Fe2O3, Hg? Составьте уравнения реакций.

12.    Какие из указанных веществ взаимодействуют с водой: Na, Ba, Fe, Fe2O3, H2SO4, NaOH, CaO, ZnО? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

13.    При погружении цинковой пластины в раствор купрум(іі) нитрата на пластине выделилась медь массой 3,2 г. Определите массу цинка, который растворился в результате реакции.

14.    Вычислите массу олова, которое можно получить в результате взаимодействия станнум(іі) оксида с алюминием массой 0,54 кг.

15.    Какой объем водорода (н. у.) выделится, если цинк массой 97,5 г полностью прореагирует с хлоридной кислотой?

16.    Какое количество вещества сульфатной кислоты необходимо для взаимодействия с магнием массой 12 г? Какая масса соли при этом образуется? Какой объем газа (н. у.) выделится?

17.    Какое количество вещества меди можно выделить из раствора купрум(іі) сульфата, содержащего 32 г этой соли?

18.    Смесь магния массой 6 г и железа массой 16,8 г обработали достаточным количеством раствора сульфатной кислоты. Какой объем водорода (н. у.) выделился в результате реакции?

19.    В раствор аргентум(І) нитрата массой 85 г с массовой долей соли 2 % погрузили цинковую пластинку. Вычислите массу серебра, которое выделится на пластинке после окончания реакции. Определите, как изменится масса пластинки по сравнению с ее исходной массой.

205. Алюминий — достаточно активный металл, но изделия из алюминия хранятся на воздухе без видимых признаков порчи. Если зачищенное изделие из алюминия, например ложку или вилку, на некоторое время поместить в раствор меркурий(іі) нитрата, оно покроется серебристым налетом. Обработанное таким образом изделие при хранении на воздухе за довольно короткое время превращается в серый порошок, среди которого можно наблюдать серебристые шарики. Объясните с химической точки зрения, почему могут происходить такие изменения. Составьте соответствующие уравнения реакций.

 

Это материал учебника Химия 8 класс Григорович

 

Урок по химии на тему » Химические свойства металлов.

Ряд активности (электрохимический ряд напряжений) металлов.»

Химия 9 класс Учитель Федорова О.В.

Урок № 48 Дата

Тема урока: Химические свойства металлов. Ряд активности (электрохимический ряд напряжений) металлов.

Цель урока: познакомить учащихся с химическими свойствами металлов, рассмотреть ряд активности (электрохимический ряд напряжений) металлов, развивать умение наблюдать, сравнивать, анализировать, делать предположения и выводы; воспитывать ответственное отношение к учебе.

Задачи урока:

Образовательные: 

— рассмотреть химическую активность металлов исходя из положения в периодической таблице Д.И. Менделеева и в электрохимическом ряду напряжения металлов;

— рассмотреть химические свойства металлов.

Развивающие: 

— развивать умения составлять уравнения реакций в соответствие с химическими свойствами металлов.

Воспитательные:

— воспитывать интерес к предмету, формировать навыки поведения в коллективном и индивидуальном учебном труде.

Планируемые результаты

Предметные:

— знать химические свойства металлов;

— уметь составлять уравнения реакций в соответствие с химическими свойствами металлов.

Личностные:

— формировать уважительное отношение к чужому мнению;

— формировать ответственное отношение к учению.

Метапредметные:

Коммуникативные:

— уметь слушать собеседника и вести диалог; уметь признавать возможность существования различных точек зрения.

Регулятивные:

— продолжить развитие умения планировать и регулировать свою деятельность, самостоятельно планировать пути достижения цели.

Познавательные:

умение определять понятия, устанавливать аналогии, строить логические заключения и делать выводы.

Тип урока: урок изучения нового материала

Ход урока

I Организационный момент

II Актуализация опорных знаний учащихся

1. Дайте определение реакции замещения. (Реакция замещения – это реакция между простым и сложным веществом, в результате которой атомы простого вещества замещают один из атомов в сложном веществе)

2.Какие реакции с участием металлов вам известны? (Взаимодействие металлов с растворами кислот, с солями менее активных металлов)

3.Какие реакции замещения лежат в основе реакций получения металлов? (Взаимодействие оксидов металлов с водородом, углем, алюминием, оксидом углерода(II))

4.Являются ли реакции замещения ОВР? (Все реакции замещения являются ОВР)

5.Окислителями или восстановителями являются металлы в реакциях замещения? (Металлы являются восстановителями)

IV Мотивация учебной деятельности

Из курса химии 8 класса вы уже знаете, что металлы отличаются по своей активности, и знаете химические свойства классов неорганических соединений. Но все ли химические свойства металлов вам известны? Как вы считаете, какова цель нашего урока?

V Изложение нового материала

Химические свойства металлов

По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются. Восстановительную активность металла в химических реакциях, протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов (Открыл и составил Н.Н.Бекетов)

Чем левее стоит металл в электрохимическом ряду напряжений металлов, тем более сильным восстановителем он является, самый сильный восстановитель – металлический литий, золото – самый слабый, и, наоборот, ион золото (III) – самый сильный окислитель, литий (I) – самый слабый.

Каждый металл способен восстанавливать из солей в растворе те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него, например, железо может вытеснять медь из растворов ее солей. Однако следует помнить, что металлы щелочных и щелочно — земельных металлов будут взаимодействовать непосредственно с водой.

Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов разбавленных кислот, при этом растворяться в них.

Восстановительная активность металла не всегда соответствует его положению в периодической системе, потому что при определении места металла в ряду учитывается не только его способность отдавать электроны, но и энергия, которая затрачивается на разрушение кристаллической решетки металла, а также энергия, затрачиваемая на гидратацию ионов.

Физкультминутка

Чтобы голова не болела,

Ей вращаем вправо-влево. (Вращение головой)

А теперь руками крутим –

И для них разминка будет. ( Вращение прямых рук вперед и назад)

Тянем наши ручки к небу,

В стороны разводим. (Потягивания – руки вверх и в стороны)

Повороты вправо-влево

Плавно производим. (Повороты туловища влево и вправо)

Наклоняемся легко,

Достаем руками пол. ( Наклоны вперед)

Потянули плечи, спинки,

А теперь конец разминке. (Дети садятся)

I Взаимодействие с простыми веществами — неметаллами

1.С кислородом большинство металлов образует оксидыамфотерные и основные:

4Li + O2 = 2Li2O

4Al + 3O2 = 2Al2O3

Щелочные металлы, за исключением лития, образуют пероксиды:

2Na + O2 = Na2O2

2.С галогенами металлы образуют соли галогеноводородных кислот – галогениды:

Cu + Cl2 = CuCl2

3. С водородом самые активные металлы образуют ионные гидриды – солеподобные вещества, в которых водород имеет степень окисления -1.

2Na + H2 = 2NaH

4.С серой металлы образуют сульфиды:

Zn + S = ZnS

5.С азотом некоторые металлы образуют нитриды, реакция практически всегда протекает при нагревании:

3Mg + N2 = Mg3N2

6.С углеродом образуются карбиды:

4Al + 3C = Al4C3

7.С фосфором – фосфиды:

3Ca + 2P = Ca3P2.

II Взаимодействие со сложными веществами

1.Взаимодействие металлов с растворами кислот

Металлы, расположенные в ряду активности левее водорода взаимодействуют с растворами кислот по схеме:

Me + HxКО Меx(КО)y + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

2│Al0 – 3e → Al3+ — окисление

3│2H+ + 2e → H2 – восстановление

2. Взаимодействие с водой

А) Щелочные и щелочно – земельные металлы (до Mg) взаимодействуют с водой по схеме:

Me + H2O → Me(OH)n + H2

Б) Металлы от Mg до Pb взаимодействуют с водой по схеме:

Me + H2O → MeхOу + H2

Металлы, стоящие в ряду активности после водорода с водой не взаимодействуют.

3.Взаимодействие металлов с солями менее активных металлов

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

ЛО № 9

Взаимодействие металлов с растворами солей.

В 1 пробирку налейте 2 – 3 мл раствора нитрата серебра (I), во 2 – 2 – 3 мл раствора сульфата меди (II), а в 3 – столько же раствора нитрата алюминия. В 1 пробирку положите тонкую медную проволоку, во 2 – стружку железа, а в 3 – медные стружки.

В 1 пробирке выпало серебро, во 2 пробирке выпала медь, в 3 пробирке ничего не произошло.

Вывод: металлы вытесняют только менее активные металлы из их солей.

VI Закрепление

1. Решите тестовые задания

1.Выберите группу элементов, в которой находятся только металлы:

А) Al, As, P; Б) Mg, Ca, Si; В) K, Ca, Pb

2. Укажите общее в строении атомов K и Li:

А) 2 электрона на последнем электронном слое;

Б) 1 электрон на последнем электронном слое;

В) одинаковое число электронных слоев.

3. Металлический кальций проявляет свойства:

А) окислителя;

Б) восстановителя;

В) окислителя или восстановителя в зависимости от условий.

4. Металлические свойства натрия слабее, чем у –

А) магния; Б) калия; В) лития.

6. К неактивным металлам относятся:

А) алюминий, медь, цинк; Б) ртуть, серебро, медь;

В) кальций, бериллий, серебро.

2.Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции

Li+ H2O =

Cu + H2O = 

Ba + H2O =

Mg + H2O =

Ca + HCl =

HCl + Zn =

H2SO4 + Cu =

H2S + Mg =

VII Домашнее задание

§ 41, выполнить упр. 2 стр. 148

VIII Рефлексия:

C какими трудностями вы столкнулись при изучении этой темы, и как вы решили эту проблему?

Что вам было интересно на уроке?

Что не понравилось?

Что нового вы узнали для себя?

Химия — 9

В технике металлы подразделяют на черные и цветные. К черным относятся железо и его сплавы, остальные – цветные.

Au, Ag, Pt, Pd и др. относятся к драгоценным металлам.

Электрохимический ряд напряжения металлов

Для сравнения активности (восстановительных свойств) металлов в водных средах используют электрохимический ряд напряжения металлов.

Таблица 2.1. Электрохимический ряд напряжения металлов

В этом ряду слева направо активность металлов убывает, а окислительные свойства их катионов возрастают.

Это интересно

Этот ряд впервые был предложен русским ученым Н.Н.Бекетовым в 1865 году на основании изучения способности металлов вытеснять друг друга из растворов солей М + М‘А → МА + М‘ .

На основании электрохимического ряда напряжения можно сделать следующие выводы:

1. Чем левее расположен металл в этом ряду, тем он активнее, легче окисляется и проявляет сильные восстановительные свойства;

2. Чем правее расположен металл в этом ряду, тем он менее активен, труднее окисляется;

3. Металлы, расположенные левее водорода, из разбавленных кислот (кроме азотной) вытесняют водород. Металлы, расположенные правее водорода (Cu, Hg, Ag, Au), из разбавленных кислот водород не вытесняют:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2


 

Шкатулка знаний • Свинец, несмотря на то, что он расположен левее водорода, в соляной и разбавленной серной кислоте не растворяется, так как образующиеся в начале реакции нерастворимые PbCl2 и PbSO4, осаждаясь на поверхности свинца, препятствуют дальнейшему протеканию реакции.

4. Кроме щелочных и щелочноземельных металлов, каждый металл вытесняет из водных растворов солей другие металлы, расположенные правее него в ряду напряжения; например:

Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

В обратном направлении эти реакции не протекают.

Ряд активности металлов. Практическая работа №1 «Сравнение активности металлов»

1) Приветствие «Круг добра пожелания»

Все учащиеся и учитель встают в круг, смотря прямо друг против друга кивком головы выражают приветствие, слева и справа стоящими обмениваются рукопожатиями, таким образом образуется внутренний круг сомкнувшихся рук, учитель говорит, что этот круг символизирует: «Единство класса, мыслей и целей. » Затем обмениваются пожеланиями друг другу успехов на уроке.

Сегодня мы с вами будем работать в парах.

Учащиеся занимают свои рабочие места, на которых уже находятся листы оценивания и стикеры Лист оценивания Ф.И ____________________________

        Вид деятельности           Максимальный балл     балл

        Домашнее задание                      4

        Практическая работа                  8       

       Стратегия «Зри в корень»           3                                       

           Итого                                           15       

Актуализация знаний

Проверка домашнего задания:

Цель: Проверить усвоение предыдущих знаний

а)Составьте словесное уравнение реакции цинка и железа с разбавленной соляной кислотой: 1-реакция: ___________________________________________

2-реакция: ___________________________________________

б) Выберите рисунки, позволяющие собирать водород?

Обоснуйте свой ответ.

Дескрипторы                                                                                                                                 баллы

Составляют словесное уравнение химической реакции цинка с соляной кислотой      1 Составляют словесное уравнение химической реакции железа с соляной кислотой    1 Выбирают из предложенных рисунков тот который показывает правильный способ сбора водорода                                                                                                                                   1

Обосновывают свой ответ согласно выбранному рисунку                                                     1

Изучение нового материала АМО: «Лаборатория успеха»

Техника безопасности

Практическая работа № 1 Просмотр видео «Сравнение активности металлов»

Цель: Обобщить результаты и разработать ряд активности металлов.

Реактивы: Металлы: медные стружки, железные стружки, цинк (гранулы).

Растворы солей: сульфат меди(II), хлорид железа, сульфат цинка, хлорид олова, нитрат свинца (II) Оборудование: Чашки Петри, пробирки.

Ход работы: В пять пробирок налить растворы солей по 5мл. опустить в каждую пробирку стружки меди. Затем такие опыты повторить с другими металлами. Наблюдать за интенсивностью хода реакций. Заполнить таблицу, где идет реакция следует поставить знак «+», если не идет реакция – знак «-». По сравнительной интенсивности, т.е. по числу протекающих реакций, составить ряд активности металлов.

Растворы солей металлы Cu Fe Zn Sn Pb CuSO4 FeCl3 ZnSO4 SnCl2 Pb(NO3)2

Количество протекающих реакций Вопросы и задания:

1. По проведенным опытам определите самый активный и самый инертный металлы, составьте свой ряд активности металлов.

2. Сопоставьте ваш ряд активности с табличными данными.

3. Сделайте прогноз возможности протекания незнакомых реакций, используя ряд активности металлов Бекетова.

Закончите уравнения, протекающих реакций:

а) AlCl3 + Zn =

b) CuSO4 + Al =

c) Pb(NO3)2 + Fe =

d) Cu + HgCl2 =

e) Sn + FeSO4 =

g) Fe + SnCl2 =

Дескрипторы                                                                                                                                  баллы

Определяют самый активный и самый инертный металлы, составляют свой ряд активности металлов.                                                                                                                            1

Сопоставляют свой ряд активности с табличными данными.                                                    1

Делают прогноз возможности протекания незнакомых реакций, используя ряд активности металлов Бекетова.

Завершают уравнения протекающих реакций:                                                                             6

«ЗРИ В КОРЕНЬ!» А Б В Г Д 1 О N Ca Br Ag 2 Li S F Ar Co 3 Fe C Si Ba Au 4 Cl Mg Na B Н 5 Al K Cu Zn Hg 6 Pb P He Ne Pb

Задания

Уровень А

Уровень В

Уровень С

 Выберите активные металлы

 Составьте два словесных уравнения реакции металлов с кислотами и солями

 Составьте два химических уравнения реакции металлов с кислотами и солями Дескрипторы                                                                                                                                  балл

Выбирают активные металлы из списка химических элементов                                        1

Составляют словесные уравнения реакции металлов с кислотами и солями                  1

Составляют химические уравнения реакции металлов с кислотами и солями                1

Домашнее задание:

1. Прочитать параграф, ответить на вопросы.

2.Составить тест из 5 вопросов.

3. Подготовить мини-проект по теме «Сравнение активности металлов».      

Положение металлов электрохимическом ряду напряжений. Мир современных материалов

Все металлы, в зависимости от их окислительно-восстановительной активности объединяют в ряд, который называется электрохимическим рядом напряжения металлов (так как металлы в нем расположены в порядке увеличения стандартных электрохимических потенциалов) или рядом активности металлов:

Li, K, Ва, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2 , Cu, Hg, Ag, Рt, Au

Наиболее химически активные металлы стоят в ряду активности до водорода, причем, чем левее расположен металл, тем он активнее. Металлы, занимающие в ряду активности, место после водорода считаются неактивными.

Алюминий

Алюминий представляет собой серебристо-белого цвета. Основные физические свойства алюминия – легкость, высокая тепло- и электропроводность. В свободном состоянии при пребывании на воздухе алюминий покрывается прочной пленкой оксида Al 2 O 3 , которая делает его устойчивым к действию концентрированных кислот.

Алюминий относится к металлам p-семейства. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3s 2 3p 1 . В своих соединениях алюминий проявляет степень окисления равную «+3».

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na 3 и Al 2 O 3 . Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF 3 , CaF 2 и др.), при этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

Алюминий способен взаимодействовать с водой после удаления с его поверхности оксидной пленки (1), взаимодействовать с простыми веществами (кислородом, галогенами, азотом, серой, углеродом) (2-6), кислотами (7) и основаниями (8):

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 (1)

2Al +3/2O 2 = Al 2 O 3 (2)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al +3S = Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C = Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al +2NaOH +3H 2 O = 2Na + 3H 2 (8)

Кальций

В свободном виде Ca – серебристо-белый металл. При нахождении на воздухе мгновенно покрывается желтоватой пленкой, которая представляет собой продукты его взаимодействия с составными частями воздуха. Кальций – достаточно твердый металл, имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку.

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 4s 2 . В своих соединениях кальций проявляет степень окисления равную «+2».

Кальций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:

CaCl 2 = Ca + Cl 2

Кальций способен растворяются в воде с образованием гидроксидов, проявляющих сильные основные свойства (1), реагировать с кислородом (2), образуя оксиды, взаимодействовать с неметаллами (3 -8), растворяться в кислотах (9):

Ca + H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 = 2CaO (2)

Ca + Br 2 =CaBr 2 (3)

3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2 C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca 3 P 2 (7)

Ca + H 2 = CaH 2 (8)

Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 (9)

Железо и его соединения

Железо – металл серого цвета. В чистом виде оно довольно мягкое, ковкое и тягучее. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3d 6 4s 2 . В своих соединениях железо проявляет степени окисления «+2» и «+3».

Металлическое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

На воздухе железо легко окисляется, особенно в присутствии влаги (ржавеет):

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

Как и другие металлы железо вступает в реакции с простыми веществами, например, галогенами (1), растворяется в кислотах (2):

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (2)

Железо образует целый спектр соединений, поскольку проявляет несколько степеней окисления: гидроксид железа (II), гидроксид железа (III), соли, оксиды и т.д. Так, гидроксид железа (II) можно получить при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Гидроксид железа (II) растворим в кислотах и окисляется до гидроксида железа (III) в присутствии кислорода.

Соли железа (II) проявляют свойства восстановителей и превращаются в соединения железа (III).

Оксид железа (III) нельзя получить по реакции горения железа в кислороде, для его получения необходимо сжигать сульфиды железа или прокаливать другие соли железа:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8SO 2

2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

Соединения железа (III) проявляют слабые окислительные свойства и способны вступать в ОВР с сильными восстановителями:

2FeCl 3 + H 2 S = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Производство чугуна и стали

Стали и чугуны – сплавы железа с углеродом, причем содержание углерода в стали до 2%, а в чугуне 2-4%. Стали и чугуны содержат легирующие добавки: стали– Cr, V, Ni, а чугун – Si.

Выделяют различные типы сталей, так, по назначению выделяют конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные и криогенные стали. По химическому составу выделяют углеродистые (низко-, средне- и высокоуглеродистые) и легированные (низко-, средне- и высоколегированные). В зависимости от структуры выделяют аустенитные, ферритные, мартенситные, перлитные и бейнитные стали.

Стали нашли применение во многих отраслях народного хозяйства, таких как строительная, химическая, нефтехимическая, охрана окружающей среды, транспортная энергетическая и другие отрасли промышленности.

В зависимости от формы содержания углерода в чугуне — цементит или графит, а также их количества различают несколько типов чугуна: белый (светлый цвет излома из-за присутствия углерода в форме цементита), серый (серый цвет излома из-за присутствия углерода в форме графита), ковкий и жаропрочный. Чугуны очень хрупкие сплавы.

Области применения чугунов обширны – из чугуна изготавливают художественные украшения (ограды, ворота), корпусные детали, сантехническое оборудование, предметы быта (сковороды), его используют в автомобильной промышленности.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Сплав магния и алюминия массой 26,31 г растворили в соляной кислоте. При этом выделилось 31,024 л бесцветного газа. Определите массовые доли металлов в сплаве.
Решение Вступать в реакцию с соляной кислотой способны оба металла, в результате чего выделяется водород:

Mg +2HCl = MgCl 2 + H 2

2Al +6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2

Найдем суммарное число моль выделившегося водорода:

v(H 2) =V(H 2)/V m

v(H 2) = 31,024/22,4 = 1,385 моль

Пусть количество вещества Mg – х моль, а Al –y моль. Тогда, исходя из уравнений реакций можно записать выражение для суммарного числа моль водорода:

х + 1,5у = 1,385

Выразим массу металлов, находящихся в смеси:

Тогда, масса смеси будет выражаться уравнением:

24х + 27у = 26,31

Получили систему уравнений:

х + 1,5у = 1,385

24х + 27у = 26,31

Решим её:

33,24 -36у+27у = 26,31

v(Al) = 0,77 моль

v(Mg) = 0,23моль

Тогда, масса металлов в смеси:

m(Mg) = 24×0,23 = 5,52 г

m(Al) = 27×0,77 = 20. 79 г

Найдем массовые доли металлов в смеси:

ώ =m(Me)/m sum ×100%

ώ(Mg) = 5,52/26,31 ×100%= 20,98%

ώ(Al) = 100 – 20,98 = 79,02%

Ответ Массовые доли металлов в сплаве: 20,98%, 79,02%

Разность потенциалов «вещество электрода – раствор» как раз и служит количествен­ной характеристикой способности вещества (как металлов, так и неметаллов) переходить в раствор в виде ионов, т.е. характери­ стикой ОВ способности иона и соответствующего ему вещества.

Такую разность потенциалов называют электродным потенциалом .

Однако прямых методов измерений такой разности потенциалов не существует, поэтому условились их определять по отношению к так называемому стандартному водородному электроду, потенци­ ал которого условно принят за ноль (часто его также называют электродом сравнения). Стандартный водородный электрод состоит из платиновой пластинки, погруженной в раствор кислоты с кон­ центрацией ионов Н + 1 моль/л и омываемой струей газообразного водорода при стандартных условиях .

Возникновение потенциала на стандартном водородном электроде можно представить себе следующим образом. Газообразный водород, адсорбируясь платиной, переходит в атомарное состояние:

H 2 2H .

Между атомарным водородом, образующимся на поверхности пластины, ионами водорода в растворе и платиной (электроны!) реализуется состояние динамического равновесия:

H Н + + е.

Суммарный процесс выражается уравнением:

Н 2 2Н + + 2е.

Платина не принимает участия в окислительно — восстанов ительном процессе, а является лишь носителем атомарного водорода.

Если пластинку некоторого металла, погруженную в раствор его соли с концентрацией ионов металла, равной 1 моль/л, соединить со стандартным водородным электродом, то получится гальванический элемент. Электродвижущая сила этого элемента (ЭДС), измеренная при 25° С, и характеризует стандартный элек­тродный потенциал металла, обозначаемый обычно как Е 0 .

По отношению к системе Н 2 /2Н + некоторые вещества будут вести себя как окислители, другие — как восстановители. В настоящее время получены стандартные потенциалы практически всех металлов и многих неметаллов, которые характеризуют относительную способность восстановителей или окислителей к от­даче или захвату электронов.

Потенциалы электродов, выступающих как восстановители по отношению к водороду, имеют знак “-“, а знаком “+” отмечены потенциалы электродов, являющихся окислителями.

Если расположить металлы в порядке воз­растания их стандартных электродных потенциалов, то образует­ся так называемый электрохимический ряд напряжений метал­лов :

Li , Rb , К, Ва, Sr , Са, N а, М g , А l , М n , Zn , С r , F е, С d , Со, N i , Sn , Р b , Н, Sb , В i , С u , Hg , А g , Р d , Р t , А u .

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов.

1. Чем более отрицателен электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.

2. Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений металлов после него. Исключениями являются лишь щелочные и щелочноземельные металлы, которые не будут восстанавливать ионы других металлов из растворов их солей. Это связано с тем, что в этих случаях с большей скоростью протекают реакции вза­имодействия металлов с водой.

3. Все металлы, имеющие отрицательный стандартный элек­тродный потенциал, т.е. находящиеся в ряду напряжений метал­лов левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.

Необходимо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их солей только в водных растворах, поскольку потенциалы учитывают особенности взаимодействия того или иного иона с молекулами растворителя. Именно поэтому электрохимический ряд начинается литием, тогда как более активные в химическом отношении рубидий и калий находятся правее лития. Это связано с исключительно высокой энергией про­цесса гидратации ионов лития по сравнению с ионами других щелочных металлов.

Алгебраическое значение стандартного окислительно-восстановительного потенциала характеризует окислительную активность соответствующей окисленной формы. Поэтому сопоставление значений стандартных окислительно-восстановительных потенциалов позволяет ответить на вопрос: протекает ли та или иная окислительно-восстановительная реакция?

Так, все полуреакции окисления галогенид-ионов до свободных галогенов

2 Cl — — 2 e = С l 2 Е 0 = -1,36 В (1)

2 Br — -2е = В r 2 E 0 = -1,07 В (2)

2I — -2 е = I 2 E 0 = -0,54 В (3)

могут быть реализованы в стандартных условиях при использовании в качестве окислителя оксида свинца ( IV ) (Е 0 = 1,46 В) или перманганата калия (Е 0 = 1,52 В). При использовании дихромата калия ( E 0 = 1,35 В) удается осуществить только реакции (2) и (3). Наконец, использование в качестве окислителя азотной кислоты ( E 0 = 0,96 В) позволяет осуществить только полуреакцию с участием иодид-ионов (3).

Таким образом, количественным критерием оценки возможности протекания той или иной окислительно-восстановительной реакции является положительное значение разности стандартных окислительно-восстановительных потенциалов полуреакций окисления и восстановления.

В электрохимической ячейке (гальваническом элементе) электроны, остающиеся после образования ионов, удаляются через металлический провод и рекомбинируют с ионами другого вида. Т.е.заряд во внешней цепи переносится электронами, а внутри ячейки, через электролит, в который погружены металлические электроды, ионами. Таким образом получается замкнутая электрическая цепь.

Разность потенциалов, измеряемая в электрохимической ячейке, o бъясняется различием в способности каждого из металлов отдавать электроны. Каждый электрод имеет собственный потенциал, каждая система электрод-электролит представляет собой полуэлемент, а любые два полуэлемента образуют электрохимическую ячейку. Потенциал одного электрода называют потенциалом полуэлемента, он определят способность электрода отдавать электроны. Очевидно, что потенциал каждого полуэлемента не зависит от наличия другого полуэлемента и его потенциала. Потенциал полуэлемента определяется концентрацией ионов в электролите и температурой.

В качестве «нулевого» полуэлемента был выбран водород, т.е. считается, что для него при добавлении или удалении электрона с образованием иона никакой работы не совершается. «Нулевое» значение потенциала необходимо для понимания относительной способности каждого из двух полуэлементов ячейки отдавать и принимать электроны.

Потенциалы полуэлементов, измеряемые относительно водородного электрода, называются водородной шкалой. Если термодинамическая склонность отдавать электроны в одной половине электрохимической ячейки выше, чем в другой, то потенциал первою полуэлемента выше, чем потенциал второго. Под действием разности потенциалов будет происходить переток электронов. При сочетании двух металлов можно выяснить возникающую между ними разность потенциалов и направление потока электронов.

Электроположительный металл обладает более высокой способностью принимать электроны, поэтому он будет катодным или благородным. С другой стороны находятся электроотрицательные металлы, которые способны самопроизвольно отдавать электроны. Эти металлы являются реакционноспособными, а, следовательно, анодными:

— → 0 → +

Al Mn Zn Fe Sn Pb H 2 Cu Ag Au


Например, Cu отдает электроны легче Ag , но хуже Fe . В присутствии медного электрода ноны серебра начнут соединяться с электронами, приводя к образованию ионов меди и осаждению металлического серебра:

2 Ag + + Cu → Cu 2+ + 2 Ag

Однако та же самая медь менее реакционноспособна, чем железо. При контакте металлического железа с нонами меди та будет осаждаться, а железо переходить в раствор:

Fe + Cu 2+ → Fe 2+ + Cu .

Можно говорить, что медь является катодным металлом относительно железа и анодным — относительно серебра.

Стандартным электродным потенциалом считается потенциал полуэлемента из полностью отожженого чистого металла в качестве электрода в контакте с ионами при 25 0 С. В этих измерениях водородный электрод выступает в роли электрода сравнения. В случае двухвалентного металла можно записать реакцию, протекающую в соответствующей электро-химической ячейке:

М + 2Н + → М 2+ + Н 2 .

Если упорядочить металлы по убыванию их стандартных электродных потенциалов, то получается так называемый электрохимический ряд напряжений металлов (табл. 1).

Таблица 1. Электрохимический ряд напряжений металлов

Равновесие металл-ионы (единичной активности)

Электродный потенциал относительно водородного электрода при 25°С, В (восстановительный потенциал)

Благородные

или катодные

Au-Au 3+

1,498

Pt-Pt 2 +

Pd-Pd 2 +

0,987

Ag-Ag +

0,799

Hg-Hg 2+

0,788

Cu-Cu 2+

0,337

Н 2 -Н +

Pb-Pb 2 +

0,126

Sn-Sn 2+

0,140

Ni-Ni 2+

0,236

Co-Co 2+

0,250

Cd-Cd 2+

0,403

Fe-Fe 2+

0,444

Cr-Cr 2+

0,744

Zn-Zn 2+

0,763

Активные
или анодные

Al-Al 2 +

1,662

Mg-Mg 2 +

2,363

Na-Na +

2,714

K-K +

2,925

Например, в гальваническом элементе медь-цинк возникает поток электронов от цинка к меди. Медный электрод является в этой схеме положительным полюсом, а цинковый — отрицательным. Более реакционноспособный цинк теряет электроны:

Zn → Zn 2+ + 2е — ; E °=+0,763 В.

Медь же является менее реакционноспособной и принимает электроны от цинка:

Cu 2+ + 2е — → Cu ; E °=+0,337 В.

Напряжение на соединяющем электроды металлическом проводе составит:

0,763 В + 0,337 В = 1,1 В.

Таблица 2. Стационарные потенциалы некоторых металлов и сплавов в морской воде по отношению к нормальному водородному электроду ( ГОСТ 9.005-72).

Металл

Стационарный потенциал, В

Металл

Стационарный потенциал, В

Магний

1,45

Никель (активное co стояние)

0,12

Магниевый сплав (6 % А l , 3 % Zn , 0,5 % Mn )

1,20

Медные сплавы ЛМцЖ-55 3-1

0,12

Цинк

0,80

Латунь (30 % Zn )

0,11

Алюминиевый сплав (10 % Mn )

0,74

Бронза (5-10 % Al )

0,10

Алюминиевый сплав (10 % Zn )

0,70

Томпак (5-10 % Zn )

0,08

Алюминиевый сплав К48-1

0,660

Медь

0,08

Алюминиевый сплав В48-4

0,650

Купроникель (30 % Ni )

0,02

Алюминиевый сплав АМг5

0,550

Бронза «Нева»

0,01

Алюминиевый сплав АМг61

0,540

Бронза Бр. АЖН 9-4-4

0,02

Алюминий

0,53

Нержавеющая сталь Х13 (пассивное состояние)

0,03

Кадмий

0,52

Никель (пассивное состояние)

0,05

Дюралюминий и алюминиевый сплав АМг6

0,50

Нержавеющая сталь Х17 (пассивное состояние)

0,10

Железо

0,50

Титан технический

0,10

Сталь 45Г17Ю3

0,47

Серебро

0,12

Сталь Ст4С

0,46

Нержавеющая сталь 1Х14НД

0,12

Сталь СХЛ4

0,45

Титан йодистый

0,15

Сталь типа АК и углеродистая сталь

0,40

Нержавеющая сталь Х18Н9 (пассивное состояние) и ОХ17Н7Ю

0,17

Серый чугун

0,36

Монель-металл

0,17

Нержавеющие стали Х13 и Х17 (активное состояние)

0,32

Нержавеющая сталь Х18Н12М3 (пассивное состояние)

0,20

Никельмедистый чугун (12-15 % Ni , 5-7 % Си)

0,30

Нержавеющая сталь Х18Н10Т

0,25

Свинец

0,30

Платина

0,40

Олово

0,25

Примечание . Указанные числовые значения потенциалов н порядок металлов в ряду могут изменяться в различной степени в зависимости от чистоты металлов, состава морской воды, степени аэрации и состояния поверхности металлов.

Металлы, легко вступающие в реакции, называются активными металлами. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.

Положение в таблице Менделеева

Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.

Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.

Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.

Наиболее активными считаются щелочные металлы:

  • литий;
  • натрий;
  • калий;
  • рубидий;
  • цезий;
  • франций.

К щелочноземельным металлам относятся:

  • бериллий;
  • магний;
  • кальций;
  • стронций;
  • барий;
  • радий.

Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.

Свойства

Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.

Основные химические свойства металлов представлены в таблице.

Реакция

Уравнение

Исключение

Щелочные металлы самовозгораются на воздухе, взаимодействуя с кислородом

K + O 2 → KO 2

Литий реагирует с кислородом только при высокой температуре

Щелочноземельные металлы и алюминий на воздухе образуют оксидные плёнки, а при нагревании самовозгораются

2Ca + O 2 → 2CaO

Реагируют с простыми веществами, образуя соли

Ca + Br 2 → CaBr 2 ;
— 2Al + 3S → Al 2 S 3

Алюминий не вступает в реакцию с водородом

Бурно реагируют с водой, образуя щёлочи и водород


— Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

Реакция с литием протекает медленно. Алюминий реагирует с водой только после удаления оксидной плёнки

Реагируют с кислотами, образуя соли

Ca + 2HCl → CaCl 2 + H 2 ;

2K + 2HMnO 4 → 2KMnO 4 + H 2

Взаимодействуют с растворами солей, сначала реагируя с водой, а затем с солью

2Na + CuCl 2 + 2H 2 O:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 ;
— 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей — минералов, горных пород.

Рис. 3. Минералы и чистые металлы.

Что мы узнали?

К активным металлам относятся элементы I и II групп — щелочные и щелочноземельные металлы, а также алюминий. Их активность обусловлена строением атома — немногочисленные электроны легко отделяются от внешнего энергетического уровня. Это мягкие лёгкие металлы, быстро вступающие в реакцию с простыми и сложными веществами, образуя оксиды, гидроксиды, соли. Алюминий находится ближе к водороду и для его реакции с веществами требуются дополнительные условия — высокие температуры, разрушение оксидной плёнки.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 339.

Металлы в химических реакциях всегда восстановители. Восстановительную активность металла отображает его положение в электрохимическом ряду напряжений.

На основании ряда можно сделать следующие выводы:

1. Чем левее стоит металл в этом ряду, тем более сильным восстановителем он является.

2. Каждый металл способен вытеснять из солей в растворе те металлы, которые стоят правее

2Fe + 3CuSO 4 → 3Cu + Fe 2 (SO 4) 3

3. Металлы, находящиеся в ряду напряжений левее водорода способны вытеснять его из кислот.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

4. Металлы, являющиеся самыми сильными восстановителями (щелочные и щелочноземельные) в любых водных растворах прежде сего реагируют с водой.

Восстановительная способность металла, определённая по электрохимическому ряду не всегда соответствует его положению в периодической системе т.к в ряду напряжений учитывается не только радиус атома, но и энергия отрыва электронов.

Альдегиды, их строение и свойства. Получение, применение муравьиного и уксусного альдегидов.

Альдегиды – это органические соединения, в состав молекулы которых входит карбонильная группа, соединённая с водородом и углеводородным радикалом.

Метаналь (муравьиный альдегид)

Физические свойства

Метаналь – газообразное вещество, водный раствор – формалинь

Химические свойства

Реактивом на альдегиды является Cu(OH) 2

Применение

Наибольшее применение имеют метаналь и этаналь. Большое количество метаналя используется для получения фенолформальдегидной смолы, которую получают при взаимодействии метаналя с фенолом. Эта смола необходима для производства различных пластмасс. Пластмассы изготовлены для из фенолформальдегидной смолы в сочетании с различными наполнителями, называются фенопластами. При растворении фенолформальдегидной смолы в ацетоне или спирту получают различные лаки. При взаимодействии метаналя с карбамидом CO(NH 2) 2 получают карбидную смолу, а из нее – аминопласты. Из этих пластмасс изготавливают микропористые материалы для нужд электротехники.Метаналь идёт так же на производство некоторых лекарственных веществ и красителей. Широко применяется водный раствор, содержащий в массовых долях 40% метаналя. Он называетсяформалином. Его использование основано на свойстве свёртывать белок.

Получение

Альдегиды получают окислением алканов и спиртов. Этаналь получают гидротациейэтина и окислением этена.

Билет №12

Высшие оксиды химических элементов третьего периода. Закономерности в измерении их свойств в связи с положением химических элементов в периодической системе. Характерные химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных.

Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых является кислород со степенью окисления «-2»

К оксидам третьего периода относятся:
Na 2 O, MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , P 2 O 5 , SO 3 , Cl 2 O 7 .

С увеличением степени окисления элементов, увеличиваются кислотные свойства оксидов.

Na 2 O, MgO – основные оксиды

Al 2 O 3 – амфотерный оксид

SiO 2 , P 2 O 5 , SO 3 , Cl 2 O 7 – кислотные оксиды.

Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды.

MgO + 2CH 3 COOH → (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой с образованием щёлочи.

Na 2 O + HOH → 2NaOH

Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами с образованием соли.
Na 2 O + SO 2 → Na 2 SO 3
Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием соли и воды

2NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O

Реагирует с водой, с образованием кислоты

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Амфотерные оксиды реагируют с кислотами и щелочами

Al 2 O 3 + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 O

Со щёлочью

Al 2 O 3 + 2NaOH → 2NaAlO 2 + H 2 O

Жиры, их свойства и состав. Жиры в природе, превращение жиров в организме. Продукты технической переработки жиров, понятие о синтетических моющих средствах. Защита природы от загрязнения СМС.

Жиры – это сложные эфиры глицерина и карбоновых кислот.

Общая формула жиров:

Твёрдые жиры образованы преимущественно высщими предельными карбоновыми кислотами – стеариновой C 17 H 35 COOH, пальмитиновой C 15 H 31 COOH и некоторыми другими. Жидкие жиры образованы главным образом высшими непредельными карбоновыми кислотами – олеиновойC 17 H 33 COOH , ленолевойC 17 H 31 COOH

Жиры наряду с углеводородами и белками входят в состав организмов животных и растений. Они являются важной составной частью пищи человека и животных. При окислении жиров в организме выделяется энергия. Когда в органы пищеварения поступают жиры, то под влиянием ферментов они гидролизуются на глицерин и соответствующие кислоты.

Продукты гидролиза всасываются ворсинками кишечника, а затем синтезируется жир, но уже свойственный организм. Потоком крови жиры переносятся в другие органы и ткани организма, где накапливаются или снова гидролизуются и постепенно окисляются до оксида углерода (IV) и воды.

Физические свойства.

Животные жиры в большинстве случаев твёрдые вещества, но встречаются и жидкие (рыбий жир). Растительные жиры чаше всего жидкие вещества – масла; известны и твёрдые растительные жиры – кокосовое масло.

Химические свойства.

Жиры в животных организмах в присутствии ферментов гидролизуются. Кроме реакций с водой, жиры взаимодействуют со щелочами.

В состав растительных масел входят сложные эфиры непредельных карбоновых кислот, то их можно подвергнуть гидрированию. Они превращаются в предельные соединения
Пример: Из растительного масла в промышленности получают маргарин.

Применение.
Жиры в основном применяют в качестве пищевого продукта. Раньше жиры использовали для получения мыла
Синтетические моющие средства.

Синтетические моющие средства оказывают вредное действие на окружающую среду, т. к. они устойчивы и с трудом подвергаются разрушению.

общая характеристика металлов и сплавов. IV. Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей

Под металлами подразумевают группу элементов, которая представлена в виде наиболее простых веществ. Они обладают характерными свойствами, а именно высокой электро- и теплопроводностью, положительным температурным коэффициентом сопротивления, высокой пластичностью и металлическим блеском.

Заметим, что из 118 химических элементов, которые были открыты на данный момент, к металлам следует относить:

  • среди группы щёлочноземельных металлов 6 элементов;
  • среди щелочных металлов 6 элементов;
  • среди переходных металлов 38;
  • в группе лёгких металлов 11;
  • среди полуметаллов 7 элементов,
  • 14 среди лантаноидов и лантан,
  • 14 в группе актиноидов и актиний,
  • Вне определения находятся бериллий и магний.

Исходя из этого, к металлам относятся 96 элементов. Рассмотрим подробней, с чем реагируют металлы. Поскольку на внешнем электронном уровне у большинства металлов находится небольшое количество электронов от 1 до 3-х, то они в большинстве своих реакций могут выступать в качестве восстановителей (то есть они отдают свои электроны другим элементам).

Реакции с наиболее простыми элементами

  • Кроме золота и платины, абсолютно все металлы реагируют с кислородом. Заметим также, что реакция при высоких температурах происходит с серебром, однако оксид серебра(II) при нормальных температурах не образуется. В зависимости от свойств металла, в результате реакции с кислородом образовываются оксиды, надпероксиды и пероксиды.

Приведем примеры каждого из химического образования:

  1. оксид лития – 4Li+O 2 =2Li 2 O;
  2. надпероксид калия – K+O 2 =KO 2 ;
  3. пероксид натрия – 2Na+O 2 =Na 2 O 2 .

Для того, чтобы получить оксид из пероксида, его нужно восстановить тем же металлом. Например, Na 2 O 2 +2Na=2Na 2 O. С малоактивными и со средними металлами подобная реакция будет происходить только при нагревании, к примеру: 3Fe+2O 2 =Fe 3 O 4 .

  • С азотом металлы могут реагировать только с активными металлами, однако при комнатной температуре может взаимодействовать только литий, образуя при этом нитриды – 6Li+N 2 =2Li 3 N, однако при нагревании происходит такая химическая реакция 2Al+N 2 =2AlN, 3Ca+N 2 =Ca 3 N 2 .
  • С серой, как и с кислородом, реагируют абсолютно все металлы, при этом исключением являются золото и платина. Заметим, что железо может взаимодействовать только при нагревании с серой, образовывая при этом сульфид: Fe+S=FeS
  • Только активные металлы могут реагировать с водородом. К ним относятся металлы группы IA и IIA, кроме берилия. Такие реакции могут осуществляться только при нагревании, образовывая гидриды.

    Так как степень окисления водорода считается?1, то металлы в данном случае выступают как восстановители: 2Na+H 2 =2NaH. .

    Химические свойства металлов: взаимодействие с кислородом, галогенами, серой и отношение к воде, кислот, солей.

    Химические свойства металлов обусловлены способностью их атомов легко отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительно заряженные ионы. Таким образом в химических реакциях металлы проявляют себя энергичными восстановителями. Это является их главной общей химической свойством.

    Способность отдавать электроны у атомов отдельных металлических элементов различна. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, и тем энергичнее реагирует с другими веществами. На основе исследований все металлы были расположены в ряд по уменьшению их активности. Этот ряд впервые предложил выдающийся ученый Н. Н. Бекетов. Такой ряд активности металлов называют еще вытеснительный рядом металлов или электрохимическим рядом напряжений металлов. Он имеет следующий вид:

    Li, K, Ва, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, h3 , Cu, Hg, Ag, Рt, Au

    С помощью этого ряда можно обнаружить какой металл является активным другого. В этом ряду присутствует водород, который не является металлом. Его видны свойства приняты для сравнения за своеобразный ноль.

    Имея свойства восстановителей, металлы реагируют с различными окислителями, прежде всего с неметаллами. С кислородом металлы реагируют при нормальных условиях или при нагревании с образованием оксидов, например:

    2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2

    В этой реакции атомы магния окисляются, атомы кислорода восстанавливаются. Благородные металлы, находящиеся в конце ряда, с кислородом реагируют. Активно происходят реакции с галогенами, например, сгорания меди в хлоре:

    Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

    Реакции с серой, чаще всего происходят при нагревании, например:

    Fe0 + S0 = Fe+2S-2

    Активные металлы, находящиеся в ряду активности металлов в Mg, реагируют с водой с образованием щелочей и водорода:

    2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

    Металлы средней активности от Al до h3 реагируют с водой в более жестких условиях и образуют при этом оксиды и водород:

    Pb0 + H+2O Химические свойства металов: взаимодействие с кислородом Pb+2O + H02.

    Способность металла реагировать с кислотами и солями в растворе зависит также от его положения в вытеснительный ряде металлов. Металлы, стоящие в вытеснительный ряде металлов левее водорода, обычно вытесняют (восстанавливают) водород из разбавленных кислот, а металлы, стоящие правее водорода, его не вытесняют. Так, цинк и магний реагируют с растворами кислот, выделяя водород и образуя соли, а медь не реагирует.

    Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

    Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

    Атомы металлов в этих реакциях являются восстановителями, а ионы водорода — окислителями.

    Металлы реагируют с солями в водных растворах. Активные металлы вытесняют менее активные металлы из состава солей. Определить это можно по ряду активности металлов. Продуктами реакции являются новая соль и новый металл. Так, если железную пластинку погрузить в раствор меди (II) сульфата, через некоторое время на ней выделится медь в виде красного налета:

    Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0 .

    Но если в раствор меди (II) сульфата погрузить серебряную пластину, то никакой реакции не произойдет:

    Ag + CuSO4 ≠ .

    Для проведения таких реакции нельзя брать слишком активные металлы (от лития до натрия), которые способны реагировать с водой.

    Следовательно, металлы способны реагировать с неметаллами, водой, кислотами и солями. Во всех этих случаях металлы окисляются и являются восстановителями. Для прогнозирования течения химических реакций с участием металлов следует использовать вытеснительный ряд металлов.

    Различают технологические, физические, механические и химические свойства металлов. К физическим относят цвет, электропроводность. К характеристикам этой группы относятся также теплопроводность, плавкость и плотность металла.

    К механическим характеристикам относят пластичность, упругость, твердость, прочность, вязкость.

    Химические свойства металлов включают в себя коррозийную стойкость, растворимость и окисляемость.

    Такие характеристики, как «жидкотекучесть», прокаливаемость, свариваемость, ковкость, являются технологическими.

    Физические свойства

    1. Цвет. Металлы не пропускают свет сквозь себя, то есть непрозрачны. В отраженном свете каждый элемент обладает своим собственным оттенком — цветом. Среди технических металлов окраску имеет только медь и сплавы с ней. Для остальных элементов характерным является оттенок от серебристо-белого до серо-стального.
    2. Плавкость. Эта характеристика указывает на способность элемента под воздействием температуры переходить в жидкое состояние из твердого. Плавкость считается важнейшим свойством металлов. В процессе нагревания все металлы из твердого состояния переходят в жидкое. При охлаждении же расплавленного вещества происходит обратный переход — из жидкого в твердое состояние.
    3. Электропроводность. Данная характеристика свидетельствует о способности переноса свободными электронами электричества. Электропроводность металлических тел в тысячи раз больше, чем неметаллических. При увеличении температуры показатель проводимости электричества снижается, а при уменьшении температуры, соответственно, повышается. Необходимо отметить, что электропроводность сплавов будет всегда ниже, нежели какого-либо металла, составляющего сплав.
    4. Магнитные свойства. К явно магнитным (ферромагнитным) элементам относят только кобальт, никель, железо, а также ряд их сплавов. Однако в процессе нагревания до определенной температуры указанные вещества теряют магнитность. Отдельные сплавы железа при комнатной температуре не относятся к ферромагнитным.
    5. Теплопроводность. Эта характеристика указывает на способность перехода тепла к менее нагретому от более нагретого тела без видимого перемещения составляющих его частиц. Высокий уровень теплопроводности позволяет равномерно и быстро нагревать и охлаждать металлы. Среди технических элементов наибольшим показателем обладает медь.

    Металлы в химии занимают отдельное место. Наличие соответствующих характеристик позволяет применять то или иное вещество в определенной области.

    Химические свойства металлов

    1. Коррозийная стойкость. Коррозией называют разрушение вещества в результате электрохимического или химического взаимоотношения с окружающей средой. Самым распространенным примером считается ржавление железа. Коррозийная стойкость относится к важнейшим природным характеристикам ряда металлов. В связи с этим такие вещества, как серебро, золото, платина получили название благородных. Обладает высокой коррозийной сопротивляемостью никель и прочие цветные подвержены разрушению быстрее и сильнее, нежели цветные.
    2. Окисляемость. Эта характеристика указывает на способность элемента вступать в реакцию с О2 под влиянием окислителей.
    3. Растворимость. Металлы, обладающие в жидком состоянии неограниченной растворимостью, при затвердении могут формировать твердые растворы. В этих растворах атомы от одного компонента встраиваются в другого составляющего только в определенных пределах.

    Необходимо отметить, что физические и химические свойства металлов являются одними из основных характеристик этих элементов.

    Взаимодействие металлов с простыми окислителями. Отношение металлов к воде, водным растворам кислот, щелочей и солей. Роль оксидной пленки и продуктов окисления. Взаимодействие металлов с азотной и концентрированной серной кислотами.

    К металлам относятся все s-, d-, f-элементы, а также р-элементы, располагающиеся в нижней части периодической системы от диагонали, проведенной от бора к астату. В простых веществах этих элементов реализуется металлическая связь. Атомы металлов имеют мало электронов на внешней электронной оболочке, в количестве 1, 2, или 3. Металлы проявляют электроположительные свойства и обладают низкой электроотрицательностью, меньшей двух.

    Металлам присуще характерные признаки. Это твердые вещества, тяжелее воды, с металлическим блеском. Металлы обладают высокой теплопроводностью и электропроводностью. Для них характерно испускание электронов под действием различных внешних воздействий: облучения светом, при нагревании, при разрыве (экзоэлектронная эмиссия).

    Главным признаком металлов является их способность отдавать электроны атомам и ионам других веществ. Металлы являются восстановителями в подавляющем большинстве случаев. И это их характерное химическое свойство. Рассмотрим отношение металлов к типичным окислителям, к которым относятся из простых веществ – неметаллы, вода, кислоты. В таблице 1 приведены сведения об отношении металлов к простым окислителям.

    Таблица 1

    Отношение металлов к простым окислителям

    С фтором реагируют все металлы. Исключение составляют алюминий, железо, никель, медь, цинк в отсутствии влаги. Эти элементы при реакции с фтором в начальный момент образуют пленки фторидов, защищающие металлы от дальнейшего реагирования.

    При тех же условиях и причинах, железо пассивируется в реакции с хлором. По отношению к кислороду уже не все, а только ряд металлов образует плотные защитные пленки оксидов. При переходе от фтора к азоту (таблица 1) окислительная активность уменьшается и поэтому все большее число металлов не окисляется. Например, с азотом реагирует только литий и щелочноземельные металлы.

    Отношение металлов к воде и водным растворам окислителей.

    В водных растворах восстановительная активность металла характеризуется значением его стандартного окислительно-восстановительного потенциала. Из всего ряда стандартных окислительно-восстановительных потенциалов выделяют ряд напряжений металлов, который указан в таблице 2.

    Таблица 2

    Ряд напряжение металлов

    Окислитель Уравнение электродного процесса Стандартный электродный потенциал φ 0 , В Восстановитель Условная активность восстановителей
    Li + Li + + e — = Li -3,045 Li Активный
    Rb + Rb + + e — = Rb -2,925 Rb Активный
    K + K + + e — = K -2,925 K Активный
    Cs + Cs + + e — = Cs -2,923 Cs Активный
    Ca 2+ Ca 2+ + 2e — = Ca -2,866 Ca Активный
    Na + Na + + e — = Na -2,714 Na Активный
    Mg 2+ Mg 2+ +2 e — = Mg -2,363 Mg Активный
    Al 3+ Al 3+ + 3e — = Al -1,662 Al Активный
    Ti 2+ Ti 2+ + 2e — = Ti -1,628 Ti Ср. активности
    Mn 2+ Mn 2+ + 2e — = Mn -1,180 Mn Ср. активности
    Cr 2+ Cr 2+ + 2e — = Cr -0,913 Cr Ср. активности
    H 2 O 2H 2 O+ 2e — =H 2 +2OH — -0,826 H 2 , рН=14 Ср. активности
    Zn 2+ Zn 2+ + 2e — = Zn -0,763 Zn Ср. активности
    Cr 3+ Cr 3+ +3e — = Cr -0,744 Cr Ср. активности
    Fe 2+ Fe 2+ + e — = Fe -0,440 Fe Ср. активности
    H 2 O 2H 2 O + e — = H 2 +2OH — -0,413 H 2 , рН=7 Ср. активности
    Cd 2+ Cd 2+ + 2e — = Cd -0,403 Cd Ср. активности
    Co 2+ Co 2+ +2 e — = Co -0,227 Co Ср. активности
    Ni 2+ Ni 2+ + 2e — = Ni -0,225 Ni Ср. активности
    Sn 2+ Sn 2+ + 2e — = Sn -0,136 Sn Ср. активности
    Pb 2+ Pb 2+ + 2e — = Pb -0,126 Pb Ср. активности
    Fe 3+ Fe 3+ +3e — = Fe -0,036 Fe Ср. активности
    H + 2H + + 2e — =H 2 H 2 , рН=0 Ср. активности
    Bi 3+ Bi 3+ + 3e — = Bi 0,215 Bi Малой активн.
    Cu 2+ Cu 2+ + 2e — = Cu 0,337 Cu Малой активн.
    Cu + Cu + + e — = Cu 0,521 Cu Малой активн.
    Hg 2 2+ Hg 2 2+ + 2e — = Hg 0,788 Hg 2 Малой активн.
    Ag + Ag + + e — = Ag 0,799 Ag Малой активн.
    Hg 2+ Hg 2+ +2e — = Hg 0,854 Hg Малой активн.
    Pt 2+ Pt 2+ + 2e — = Pt 1,2 Pt Малой активн.
    Au 3+ Au 3+ + 3e — = Au 1,498 Au Малой активн.
    Au + Au + + e — = Au 1,691 Au Малой активн.

    В данном ряду напряжений приведены также значения электродных потенциалов водородного электрода в кислой (рН=0), нейтральной (рН=7), щелочной (рН=14) средах. Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его способность к окислительно-восстановительным взаимодействиям в водных растворах при стандартных условиях. Ионы металлов являются окислителями, а металлы – восстановителями. Чем дальше расположен металл в ряду напряжений, тем более сильным окислителем в водном растворе являются его ионы. Чем ближе металл к началу ряда, тем более сильным восстановителем он является.

    Металлы способны вытеснять друг друга из растворов солей. Направление реакции определяется при этом их взаимным положением в ряду напряжений. Следует иметь в виду, что активные металлы вытесняют водород не только из воды, но и из любого водного раствора. Поэтому взаимное вытеснение металлов из растворов их солей происходит лишь в случае металлов, расположенных в ряду напряжений после магния.

    Все металлы разделяют на три условные группы, что отражено в следующей таблице.

    Таблица 3

    Условное деление металлов

    Взаимодействие с водой. Окислителем в воде является ион водорода. Поэтому окисляться водой могут только те металлы, стандартные электродные потенциалы которых ниже потенциала ионов водорода в воде. Он зависит от рН среды и равен

    φ = -0,059рН.

    В нейтральной среде (рН=7) φ = -0,41 В. Характер взаимодействия металлов с водой представлен в таблице 4.

    Металлы из начала ряда, имеющие потенциал, значительно более отрицательный, чем -0,41 В, вытесняют водород из воды. Но уже магний вытесняет водород только из горячей воды. Обычно металлы, расположенные между магнием и свинцом не вытесняют водород из воды. На поверхности этих металлов образуются оксидные пленки, которые обладают защитным действием.

    Таблица 4

    Взаимодействие металлов с водой в нейтральной среде

    Взаимодействие металлов с хлорводородной кислотой.

    Окислителем в соляной кислоте является ион водорода. Стандартный электродный потенциал водородного иона равен нулю. Поэтому все активные металлы и металлы средней активности должны реагировать с кислотой. Только для свинца проявляется пассивация.

    Таблица 5

    Взаимодействие металлов с соляной кислотой

    Медь может быть растворена в очень концентрированной соляной кислоте, не смотря на то, что относится к малоактивным металлам.

    Взаимодействие металлов с серной кислотой происходит различно и зависит от её концентрации.

    Взаимодействие металлов с разбавленной серной кислотой. Взаимодействие с разбавленной серной кислотой осуществляется так же, как и с соляной кислотой.

    Таблица 6

    Взаимодействие металлов с разбавленной серной кислотой

    Разбавленная серная кислота окисляет своим ионом водорода. Она взаимодействует с теми металлами, электродные потенциалы которых ниже, чем у водорода. Свинец не растворяется в серной кислоте при её концентрации ниже 80%, так как образующаяся при взаимодействии свинца с серной кислотой соль PbSO 4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.

    Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой.

    В концентрированной серной кислоте в роли окислителя выступает сера в степени окисления +6. Она входит в состав сульфат-иона SO 4 2- . Поэтому концентрированной кислотой окисляются все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше, чем у окислителя. Наибольшее значение электродного потенциала в электродных процессах с участием сульфат-иона в качестве окислителя равно 0,36 В. Вследствие этого с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы.

    Для металлов средней активности (Al, Fe) имеет место пассивация из-за образования плотных пленок оксидов. Олово окисляется до четырехвалентного состояния с образованием сульфата олова (IV):

    Sn + 4 H 2 SO 4 (конц.) = Sn(SO 4) 2 +2SO 2 + 2H 2 O.

    Таблица 7

    Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой

    Свинец окисляется до двухвалентного состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца. В горячей концентрированной серной кислоте растворяется ртуть с образованием сульфатов ртути (I) и ртути (II). В кипящей концентрированной серной кислоте растворяется даже серебро.

    Следует иметь в виду, что чем активнее металл, тем глубже степень восстановления серной кислоты. С активными металлами кислота восстанавливается в основном до сероводорода, хотя присутствуют и другие продукты. Например

    Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

    3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ +4H 2 O;

    4Zn +5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 = 4ZnSO 4 +H 2 S +4H 2 O.

    Взаимодействие металлов с разбавленной азотной кислотой.

    В азотной кислоте в качестве окислителя выступает азот в степени окисления +5. Максимальное значение электродного потенциала для нитрат-иона разбавленной кислоты как окислителя равно 0,96 В. Вследствие такого большого значения, азотная кислота более сильный окислитель, чем серная. Это видно из того, что азотная кислота окисляет серебро. Восстанавливается кислота тем глубже, чем активнее металл и чем более разбавлена кислота.

    Таблица 8

    Взаимодействие металлов с разбавленной азотной кислотой

    Взаимодействие металлов с концентрированной азотной кислотой.

    Концентрированная азотная кислота обычно восстанавливается до диоксида азота. Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с металлами представлено в таблице 9.

    При использовании кислоты в недостатке и без перемешивания активные металлы восстанавливают её до азота, а металлы среднеё активности до монооксида углерода.

    Таблица 9

    Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с металлами

    Взаимодействие металлов с растворами щелочей.

    Щелочами металлы окисляться не могут. Это обусловлено тем, что щелочные металлы являются сильными восстановителями. Поэтому их ионы самые слабые окислители и в водных растворах окислительных свойств не проявляют. Однако в присутствии щелочей окисляющее действие воды проявляется в большей степени, чем в их отсутствие. Благодаря этому, в щелочных растворах металлы окисляются водой с образование гидроксидов и водорода. Если оксид и гидроксид относятся к амфотерным соединениям, то они будут растворяться в щелочном растворе. В результате пассивные в чистой воде металлы энергично взаимодействуют с растворами щелочей.

    Таблица 10

    Взаимодействие металлов с растворами щелочей

    Процесс растворения представляется в виде двух стадий: окисления металла водой и растворения гидроксида:

    Zn + 2HOH = Zn(OH) 2 ↓ + H 2 ;

    Zn(OH) 2 ↓ + 2NaOH = Na 2 .

    По своей химической активности металлы очень сильно различаются. О химической активности металла можно примерно судить по его положению в .

    Самые активные металлы расположены в начале этого ряда (слева), самые малоактивные — в конце (справа).
    Реакции с простыми веществами. Металлы вступают в реакции с неметаллами с образованием бинарных соединений. Условия протекания реакций, а иногда и их продукты сильно различаются для разных металлов.
    Так, например, щелочные металлы активно реагируют с кислородом (в том числе в составе воздуха) при комнатной температуре с образованием оксидов и пероксидов

    4Li + O 2 = 2Li 2 O;
    2Na + O 2 = Na 2 O 2

    Металлы средней активности реагируют с кислородом при нагревании. При этом образуются оксиды:

    2Mg + O 2 = t 2MgO.

    Малоактивные металлы (например, золото, платина) с кислородом не реагируют и поэтому на воздухе практически не изменяют своего блеска.
    Большинство металлов при нагревании с порошком серы образуют соответствующие сульфиды:

    Реакции со сложными веществами. С металлами реагируют соединения всех классов — оксиды (в том числе вода), кислоты, основания и соли.
    Активные металлы бурно взаимодействуют с водой при комнатной температуре:

    2Li + 2H 2 O = 2LiOH + H 2 ;
    Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2 .

    Поверхность таких металлов, как, например, магний и алюминий, защищена плотной пленкой соответствующего оксида. Это препятствует протеканию реакции с водой. Однако если эту пленку удалить или нарушить ее целостность, то эти металлы также активно вступают в реакцию. Например, порошкообразный магний реагирует с горячей водой:

    Mg + 2H 2 O = 100 °C Mg(OH) 2 + H 2 .

    При повышенной температуре с водой вступают в реакцию и менее активные металлы: Zn, Fe, Mil и др. При этом образуются соответствующие оксиды. Например, при пропускании водяного пара над раскаленными железными стружками протекает реакция:

    3Fe + 4H 2 O = t Fe 3 O 4 + 4H 2 .

    Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, реагируют с кислотами (кроме HNO 3) с образованием солей и водорода. Активные металлы (К, Na, Са, Mg) реагируют с растворами кислот очень бурно (с большой скоростью):

    Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 ;
    2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 .

    Малоактивные металлы часто практически не растворяются в кислотах. Это обусловлено образованием на их поверхности пленки нерастворимой соли. Например, свинец, стоящий в ряду активности до водорода, практически не растворяется в разбавленной серной и соляной кислотах вследствие образования на его поверхности пленки нерастворимых солей (PbSO 4 и PbCl 2).

    Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать

    7.7: Групповые тенденции для активных металлов

    Элементы в одной и той же группе периодической таблицы, как правило, обладают схожими физическими и химическими свойствами. На реакционную способность металлов влияют четыре основных фактора: заряд ядра, радиус атома, эффект экранирования и расположение подуровней (электронов). Реакционная способность металла связана со способностью терять электроны (окисляться), образовывать основные гидроксиды, образовывать ионные соединения с неметаллами. В общем, чем крупнее атом, тем больше вероятность потери электронов.Чем больше экранирование, тем больше вероятность потери электронов. Таким образом, металлический характер увеличивается при движении вниз по таблице и уменьшается при движении поперек — поэтому наиболее активный металл направлен влево и вниз.

    Группа 1: Щелочные металлы

    Слово «щелочь» происходит от арабского слова, означающего «пепел». Многие соединения натрия и калия были выделены из древесной золы (Na 2 CO 3 и K 2 CO 3 все еще иногда называют «кальцинированной содой» и «калием»).В щелочной группе, по мере того, как мы спускаемся вниз по группе, мы получаем элементы лития (Li), натрия (Na), калия (K), рубидия (Rb), цезия (Cs) и франция (Fr). Некоторые физические свойства этих элементов сравниваются в Таблице \ (\ PageIndex {1} \). Все эти элементы имеют только один электрон во внешних оболочках. Все элементы обладают металлическими свойствами и имеют валентность +1, поэтому легко отдают электрон. 1 \) 181 0.1 \) 28 1.88 2,65 376

    По мере продвижения вниз по группе (от Li к Fr) наблюдаются следующие тенденции (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)):

    • Все имеют по одному электрону на валентной орбитали
    • Температура плавления снижается
    • Плотность увеличивается
    • Атомный радиус увеличивается
    • Энергия ионизации уменьшается (первая энергия ионизации)

    Щелочные металлы имеют самые низкие значения \ (I_1 \) среди элементов

    Это представляет относительную легкость, с которой одиночный электрон на внешней «орбитали» может быть удален.+ + е- \]

    Из-за этой реакционной способности щелочные металлы встречаются в природе только в виде соединений. Щелочные металлы напрямую соединяются с большинством неметаллов:

    • Реакция с водородом с образованием твердых гидридов

    \ [2M _ {(s)} + H_ {2 (g)} \ rightarrow 2MH (s) \]

    (Примечание: водород присутствует в гидриде металла в виде гидрида H иона)

    • Реагировать с серой с образованием твердых сульфидов

    \ [2M _ {(s)} + S _ {(s)} \ rightarrow M_2S _ {(s)} \]

    Реагирует с хлором с образованием твердых хлоридов

    \ [2M _ {(s)} + Cl_ {2 (g)} \ rightarrow 2MCl _ {(s)} \]

    Реакция взаимодействия щелочных металлов и воды с образованием газообразного водорода и гидроксидов щелочных металлов; это очень экзотермическая реакция (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).

    \ [2M _ {(s)} + 2H_2O _ {(l)} \ rightarrow 2MOH _ {(aq)} + H_ {2 (g)} \]

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Небольшой кусок металлического калия взрывается, когда вступает в реакцию с водой. (CC SA-BY 3.0; Tavoromann)

    Реакция между щелочными металлами и кислородом более сложная:

    • Обычная реакция заключается в образовании оксидов металлов, содержащих ион O 2-

    \ [4Li _ {(s)} + O_ {2 (g)} \ rightarrow \ underbrace {2Li_2O _ {(s)}} _ {\ text {оксид лития}} \]

    Прочие щелочные металлы могут образовывать пероксиды металлов (содержит ион O 2 2- )

    \ [2Na (s) + O_ {2 (g)} \ rightarrow \ underbrace {Na_2O_ {2 (s)}} _ {\ text {пероксид натрия}} \]

    K, Rb и Cs могут также образовывать супероксиды (O 2 ион)

    \ [K (s) + O_ {2 (g)} \ rightarrow \ underbrace {KO_ {2 (s)}} _ {\ text {супероксид калия}} \]

    цветов через поглощение

    Цвет химического вещества возникает, когда валентный электрон в атоме переводится с одного энергетического уровня на другой видимым излучением. В этом случае конкретная частота света, который возбуждает электрон, равна поглощенному . Таким образом, оставшийся свет, который вы видите, — это белый свет, не имеющий одной или нескольких длин волн (таким образом, кажущийся цветным). Щелочные металлы, потерявшие свои внешние электроны, не имеют электронов, которые могут быть возбуждены видимым излучением. Соли щелочных металлов и их водный раствор бесцветны, если они не содержат окрашенный анион.

    цветов по эмиссии

    Когда щелочные металлы помещаются в пламя, ионы восстанавливаются (приобретают электрон) в нижней части пламени.Электрон возбуждается (перескакивает на более высокую орбиталь) высокой температурой пламени. Когда возбужденный электрон падает обратно на более низкую орбиталь, высвобождается фотон. Переход валентного электрона натрия из 3p в подоболочку 3s приводит к высвобождению фотона с длиной волны 589 нм (желтый)

    Цвета пламени:

    • Литий: малиново-красный
    • Натрий: желтый
    • Калий: сиреневый

    Группа 2: Щелочноземельные металлы

    По сравнению с щелочными металлами, щелочноземельные металлы обычно:

    • сложнее
    • более плотный
    • плавятся при более высокой температуре

    Первые значения ионизации (I 1 ) щелочноземельных металлов не так низки, как щелочные металлы. 2 \) 1278 1.2 \) 725 3,51 2,17 503

    Кальций и элементы под ним легко реагируют с водой при комнатной температуре:

    \ [Ca _ {(s)} + 2H_2O _ {(l)} \ rightarrow Ca (OH) _ {2 (водн.)} + H_ {2 (g)} \]

    Тенденция щелочноземельных металлов терять свои два валентных электрона демонстрируется реакционной способностью Mg по отношению к газообразному хлору и кислороду:

    \ [Mg _ {(s)} + Cl_ {2 (g)} \ rightarrow MgCl_ {2 (s)} \]

    \ [2Mg _ {(s)} + O_ {2 (g)} \ rightarrow 2MgO _ {(s)} \]

    Ионы 2+ щелочноземельных металлов имеют конфигурацию электронов, подобную благородному газу, и, таким образом, образуют бесцветные или белые соединения (если сам анион не окрашен).Цвета пламени:

    • Кальций: кирпично-красный
    • Стронций: малиново-красный
    • Барий: зеленый

    Авторы и авторство

    активных металлов: получение, определение характеристик, применение

    Загрузить флаер продукта

    Загрузить флаер продукта — загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта — загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание.Загрузить флаер продукта — загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта — загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание.

    Описание

    Реакции с металлами широко используются в органическом синтезе, и, особенно в последние несколько лет, был разработан широкий набор методов активации металлов и их использования в органическом синтезе. В разделе «Активные металлы» ведущие специалисты в этой области авторитетно обсуждают самые разные темы — от морфологии металлических кластеров и нанометаллургии до металлоорганической химии, катализа и использования активированных металлов в синтезе природных продуктов.

    Active Metals позволит вам в полной мере воспользоваться последними достижениями в этой области, предоставив:

    * Подробные экспериментальные процедуры
    * Руководство по манипуляциям с активными металлами в инертной атмосфере
    * Ценная информация для планирования синтеза
    * Обширные таблицы типичных преобразований с урожайностью
    * Критически отобранные, актуальные ссылки

    Это руководство является уникальным источником практической информации, которая позволит вам расширить объем ваших исследований.

    Содержание

    Rieke Metals. Порошки высокореакционноспособных металлов, полученные путем восстановления солей металлов щелочными металлами (Rieke)
    Аллильные бариевые реагенты (Yamamoto)
    Реакция МакМарри (Lectka)
    Активация металлов под действием ультразвука. Принципы и применение в органическом синтезе (Luche, Cintas)
    Функционализированные цинкорганические реагенты (Knochel)
    Подход с использованием атома-пара металла к активным металлическим кластерам-частицам (Klabunde)
    Электрохимические методы синтеза наноструктурированных кластеров переходных металлов (Reetz)
    Путь к активным металлам и интерметаллидам (Богданович, Алеандре)
    Кластеры растворимых металлов, гидридные восстановления (Боннеманн)
    Поддерживаемые металлы (Фурстнер)
    Морфологические соображения (Хофе)

    AIE-активных металлоорганических каркасов: простая подготовка, регулируемое излучение света, сверхчувствительное определение меди (ii) и визуальное флуоресцентное обнаружение глюкозы

    фьючерсов на самые активные металлы — Barchart.com

    На странице «Самые активные фьючерсы» перечислены товарные контракты с наибольшим объемом в течение дня.Вы можете просмотреть «Полный список» — контракты из всех групп с наибольшим объемом — или вы можете выбрать из определенной товарной группы, чтобы увидеть все контракты.

    На страницах «Наиболее активные фьючерсы» представлен список фьючерсов и товаров с разбивкой по соответствующим группам товаров. На странице появятся новые данные о ценах, обозначенные «вспышкой». При переходе между представлениями (Основное, Техническое, Производственное) список контрактов остается прежним. Однако каждое представление может сортировать контракты по-разному, в результате чего порядок контрактов отличается от того, который представлен в представлении диаграммы.

    «Сделать эту страницу моей по умолчанию»

    Зарегистрированные пользователи могут выбрать вкладку (Энергия, Зерна и т. Д.), Выбрать любой вид, а затем сохранить эту страницу как страницу по умолчанию, чтобы открыть ее в следующий раз, когда вы перейдете на Страница максимумов / минимумов.

    Обновления данных

    Для страниц, показывающих просмотры в течение дня, мы используем данные текущего сеанса, при этом новые данные о ценах появляются на странице, как показано «миганием». Акции: задержка 15 минут (данные Cboe BZX для акций США в режиме реального времени), ET. Объем отражает консолидированные рынки.Фьючерсы и Forex: задержка 10 или 15 минут, CT.

    Список символов , представленных на странице, обновляется каждые 10 минут в течение торгового дня . Тем не менее, новые акции не добавляются автоматически и не меняются рейтинги на странице до тех пор, пока сайт не выполнит 10-минутное обновление.

    Сортировка страниц

    Страницы изначально сортируются в определенном порядке (в зависимости от представленных данных). Вы можете пересортировать страницу, щелкнув заголовок любого столбца в таблице.

    Представления

    Большинство таблиц данных можно анализировать с помощью «Представлений». Представление просто представляет символы на странице с другим набором столбцов. Участники сайта также могут отображать страницу, используя Custom Views . (Просто создайте бесплатную учетную запись, войдите в систему, затем создайте и сохраните пользовательские представления для использования в любой таблице данных.)

    В каждом представлении есть столбец «Ссылки» в дальнем правом углу для доступа к обзору котировок символа, диаграмме, котировкам опций (если доступно), на странице «Мнение в гистограмме» и «Технический анализ».Стандартные представления, которые можно найти по всему сайту, включают:

    • Основной вид : символ, имя, последняя цена, изменение, процентное изменение, максимум, минимум, объем и время последней сделки.
    • Технический обзор : символ, имя, последняя цена, сегодняшнее мнение, 20-дневная относительная сила, 20-дневная историческая волатильность, 20-дневный средний объем, 52-недельный максимум и 52-недельный минимум.
    • Просмотр результатов : символ, имя, последняя цена, взвешенная альфа, изменение в процентах с начала года, изменение в процентах за 1, 3 и 1 год.
    • Фундаментальный обзор : Доступен только на страницах акций, показывает символ, название, рыночную капитализацию, коэффициент P / E (за последние 12 месяцев). Прибыль на акцию (за 12 месяцев), чистая прибыль, бета, годовой дивиденд и дивидендная доходность.
      Примечание
      : Для всех рынков , за исключением акций США , фундаментальные данные не лицензированы для загрузки. В вашем файле .csv будет отображаться «N / L» вместо «не лицензированный» при загрузке со страницы акций Канады, Великобритании, Австралии или Европы.
    Просмотреть символ Дополнительные данные (+)

    Уникально для Barchart. com, таблицы данных содержат параметр, позволяющий просматривать больше данных для символа, не покидая страницы. Щелкните значок «+» в первом столбце (слева), чтобы просмотреть дополнительные данные для выбранного символа. Прокрутите виджеты с различным содержимым, доступным для символа. Щелкните любой из виджетов, чтобы перейти на полную страницу. Виджеты «Дополнительные данные» также доступны в столбце «Ссылки» в правой части таблицы данных.

    FlipCharts

    Также уникальные для Barchart, FlipCharts позволяют прокручивать все символы в таблице в режиме просмотра диаграммы.При просмотре FlipCharts вы можете применить собственный шаблон диаграммы, дополнительно настроив способ анализа символов. FlipCharts — это бесплатный инструмент, доступный участникам сайта.

    Загрузить

    Загрузить — это бесплатный инструмент, доступный участникам сайта. Этот инструмент загрузит файл .csv для отображаемого представления. Для динамически генерируемых таблиц (таких как Stock или ETF Screener), в которых вы видите более 1000 строк данных, загрузка будет ограничена только первыми 1000 записями в таблице. Для других статических страниц (таких как список компонентов Russell 3000) будут загружены все строки.

    Бесплатные участники ограничены до 5 загрузок в день, в то время как участники Barchart Premier могут загружать до 100 файлов .csv в день.

    Примечание : из-за лицензионных ограничений основные данные Канады нельзя загрузить с Barchart.com. В этом случае вы увидите «N / L» в столбце загруженных файлов.

    Если вам требуется более 100 загрузок в день, свяжитесь с отделом продаж Barchart по телефону 866-333-7587 или отправьте электронное письмо solutions @ barchart.com для получения дополнительной информации или дополнительных опций об исторических рыночных данных.

    Новости фьючерсов

    Ознакомьтесь с последними новостями от наших надежных партнеров, уделяя особое внимание сегодняшним фьючерсным и товарным рынкам.

    Применение AC-SECM в коррозионной науке: локальная визуализация ингибиторных пленок на активных металлах для защиты от коррозии

    . 2011 17 января; 17 (3): 905-11. DOI: 10.1002 / хим.201000689. Epub 2010 23 ноября.

    Принадлежности Расширять

    Принадлежность

    • 1 Analytische Chemie — Elektroanalytik & Sensorik, Рурский университет Бохума, Universitätsstr.150, 44780 Бохум, Германия.

    Элемент в буфере обмена

    Maike Pähler et al. Химия. .

    Показать детали Показать варианты

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    .2011 17 января; 17 (3): 905-11. DOI: 10.1002 / chem.201000689. Epub 2010 23 ноября.

    Принадлежность

    • 1 Analytische Chemie — Elektroanalytik & Sensorik, Рурский университет Бохума, Universitätsstr.150, 44780 Бохум, Германия.

    Элемент в буфере обмена

    Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    Абстрактный

    Продемонстрирована пригодность частотно-зависимой сканирующей электрохимической микроскопии переменного тока (4D AC-SECM) для исследования тонких пассивирующих слоев, покрывающих поверхность металлов, ингибированных коррозией. Было исследовано ингибирование коррозии меди бензотриазолом (BTAH) и метилбензотриазолом (MBTAH), которые являются эффективными ингибиторами этого металла во многих условиях окружающей среды. Были обнаружены сильные зависимости для кривых z-приближения переменного тока как с продолжительностью обработки ингибитором, так и с частотой сигнала возбуждения переменного тока, применяемого в AC-SECM. Как отрицательная, так и положительная обратная связь наблюдалась на кривых подхода переменного тока для необработанной меди и для образцов Cu / BTAH и Cu / MBTAH.Отрицательная обратная связь наблюдается в низкочастотном диапазоне, тогда как положительная обратная связь наблюдается на более высоких частотах. В каждом случае можно определить пороговую частоту перехода от отрицательного режима к положительному. Пороговая частота для образцов, модифицированных ингибитором, всегда была значительно выше, чем для необработанного металла, поскольку пленка ингибитора обеспечивает электрическую изоляцию поверхности. Более того, пороговая частота увеличивается с увеличением покрытия поверхности ингибитором.4D AC-SECM был успешно применен для визуализации пространственно разрешенных различий в локальной электрохимической активности между свободными от ингибитора и покрытыми ингибитором участками образца.

    Авторские права © 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Вайнхайм.

    Похожие статьи

    • Частотно-зависимая сканирующая электрохимическая микроскопия переменного тока (4D AC-SECM) для локальной визуализации мест коррозии.

      Экхард К., Эриксен Т., Стратманн М., Шуманн В. Экхард К. и др. Химия. 2008; 14 (13): 3968-76. DOI: 10.1002 / chem.200701861. Химия. 2008 г. PMID: 18351698

    • Частотная зависимость контраста электрохимической активности в AC-сканирующей электрохимической микроскопии и атомно-силовой микроскопии-AC-сканирующей электрохимической микроскопии.

      Экхард К., Кранц К., Шин Х, Мицайкофф Б., Шуманн В.Экхард К. и др. Anal Chem. 15 июля 2007 г .; 79 (14): 5435-8. DOI: 10.1021 / ac070605e. Epub 2007 14 июня. Anal Chem. 2007 г. PMID: 17567104

    • Что определяет эффективность ингибирования меди ингибиторами коррозии ATA, BTAH и BTAOH?

      Кокаль А., Пельхан С., Финсгар М., Милошев И. Kokalj A, et al. J Am Chem Soc. 24 ноября 2010 г .; 132 (46): 16657-68.DOI: 10.1021 / ja107704y. Epub 2010 29 октября. J Am Chem Soc. 2010 г. PMID: 21033661

    • Исследование ингибирования коррозии Cu бензотриазолом с генерацией суммарной частоты в инфракрасном и видимом диапазонах.

      Schultz ZD, Biggin ME, White JO, Gewirth AA. Schultz ZD, et al. Anal Chem. 2004, 1 февраля; 76 (3): 604-9. DOI: 10.1021 / ac035169k. Anal Chem. 2004 г. PMID: 14750853

    • Визуализация локальной электрохимической активности и локального выброса ионов никеля на сварных соединениях NiTi / сталь, сваренных лазером, с использованием комбинированного режима переменного тока и режима снятия изоляции SECM.

      Ruhlig D, Gugel H, Schulte A, Theisen W, Schuhmann W. Ruhlig D, et al. Аналитик. 2008 декабрь; 133 (12): 1700-6. DOI: 10.1039 / b804718a. Epub 2008 23 сентября. Аналитик. 2008 г. PMID: 172

    Процитировано

    1 артикул
    • Топографические и электрохимические наноразмерные изображения живых клеток с использованием сканирующей электрохимической микроскопии с переключением напряжения.

      Такахаши Ю., Шевчук А.И., Новак П., Бабакинеджад Б., Макферсон Дж., Анвин П.Р., Шику Х., Горелик Дж., Кленерман Д., Корчев Ю.Е., Мацуэ Т. Takahashi Y, et al. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2012, 17 июля; 109 (29): 11540-5. DOI: 10.1073 / pnas.1203570109. Epub 2012 18 мая. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012. PMID: 22611191 Бесплатная статья PMC.

    Полнотекстовые ссылки [Икс] Wiley [Икс]

    цитировать

    Копировать

    Формат: AMA APA ГНД NLM

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Патент США на органические покрытия с ионно-реактивными пигментами, особенно для активных металлов Патент (Патент № 5,116672, выданный 26 мая 1992 г.)

    Уровень техники

    Настоящее изобретение относится к композиции для покрытия, содержащей органический смолистый полимер, обычно синтетические полимеры и два пигмента, особенно пригодных для покрытия активных металлических частей, причем это покрытие придает повышенную стойкость к коррозии.В частности, повышенная устойчивость к коррозии связана с химическим воздействием, ускоряемым коррозионными ионами в условиях солевого тумана и кислотного дождя. Изобретение также относится к металлическим деталям, покрытым композицией изобретения, и к способу покрытия металлических деталей указанной композицией. Термины, используемые в данном документе, дополнительно поясняются ниже.

    Электрохимически активные металлы, такие как магний, цинк и алюминий, широко используются в аэрокосмической, авиационной, морской, оборонной и других отраслях промышленности в качестве конструкционных материалов.Они очень желательны из-за их отношения веса к прочности и / или простоты изготовления.

    Магний, цинк и алюминий обладают высокой электрохимической активностью, что измеряется их стандартными потенциалами половины ячеек и их гальваническими потенциалами. Эти металлы имеют общий химический состав «поверхности». Эти металлы обычно образуют естественную защитную пленку из гидроксида, оксида или карбоната в большинстве сред. Однако эти пленки растворяются или прикрепляются к растворам кислот, и коррозия происходит в результате точечной коррозии и общего воздействия.В частности, эти естественные защитные пленки более быстро разрушаются по мере повышения кислотности окружающей среды и, в частности, в присутствии определенных ионов, включая ионы хлорида и сульфата. Часто сульфатные, сульфидные и хлоридные ионы обнаруживаются вместе в осадках.

    Существует острая необходимость и серьезная потребность в создании покрытий и металлических деталей с покрытием из таких гальванически активных металлов, чтобы сделать эти детали менее подверженными коррозии и более устойчивыми к такому экологическому ущербу.

    предшествующая артикул

    Патент США. В №№ 4724172 Mosser et al., 4659613 Mosser et al., 4617056 Mosser et al., 4606967 Mosser, 4537632 Mosser и 3248251 Allen описаны неорганические связующие композиции покрытия, содержащие фосфат-ионы с хроматом и / или молибдатом. в виде частиц алюминия. Составы используются для покрытия металлических деталей, в частности стали. Они не подходят для покрытия магниевых сплавов, сплавов цинка и большинства алюминиевых сплавов.

    U.С. Пат. № 4532289, Mosser et al. описывает использование поливинилиденфторида с фосфатом, хроматом и / или молибдатом и, необязательно, с алюминием. Состав используется для покрытия металлов.

    Патент США. № 4675350, Marchetti et al. описывает отверждаемую эпоксидной смолой полиамидимидную смолу, которая используется в качестве ламината.

    Патент США. В US 4252707, выданном Ruid, описана композиция для покрытия, содержащая водорастворимую соль полиамидимида, содержащую в качестве пигментов красный хромат и металлический алюминий.

    Mansfeld et al., «Оценка мер защиты от коррозии для композитов с металлической матрицей» в Corrosion Science, vol. 26, вып. 9, пп. 727-734, (1986), описано использование эпоксидного / полиамидного покрытия для защиты подложек Mg / графит или Al / графит.

    Брошюра Magnesium Electron Ltd. (MEL) под названием «Обработка поверхности магниевых сплавов в аэрокосмической и оборонной промышленности», брошюра Amax Magnesium «Коррозия и защита магния», Министерство технологий (Великобритания) D.Брошюра TD 911C под названием «Технические условия — Защита сплавов с высоким содержанием магния от коррозии» (май 1963 г.) и военная спецификация MIL-M-45202 «Магниевые сплавы, анодная обработка» (1963 г. ) описывают методы предварительной обработки магниевых подложек или методы покрытия магниевых материалов. Министерство технологий, D.T.D. Брошюра 911C описывает использование органической грунтовки с хроматом стронция и стеаратом алюминия для покрытия сплавов с высоким содержанием магния.

    Amoco Chemicals Corporation / Бюллетень AM-1, озаглавленный «Амоко амид-имидные полимеры», описывает полиамид-имидные полимеры с порошкообразным алюминием для склеивания металлических деталей.

    Публикации Amoco и MEL описывают отверждение полимерных покрытий на металлических деталях.

    Термин «металл», используемый в данной заявке, определен здесь как включающий сам элементарный металл, его сплавы и защитную пленку, образующуюся при воздействии на металл и его сплавы условий окружающей среды.

    СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Изобретение обеспечивает композицию покрытия, содержащую в качестве основных компонентов смолистый органический полимер, например органический синтетический полимер и два неорганических пигмента. Композиция полезна для покрытия металлических подложек, особенно гальванически активных металлов. Композиция может быть жидкой или нежидкой, хотя обычно композиция покрытия при нанесении на металл, на который наносится покрытие, является жидкой. Может обозначаться как покрытие или краска. Изобретение также относится к металлическим деталям, покрытым композицией изобретения. Изобретение, кроме того, обеспечивает способ покрытия металлов композицией изобретения. Другие варианты осуществления станут очевидными из приведенного здесь описания.

    Органические смолистые полимеры, которые используются в соответствии с изобретением для покрытия, состоят из любого полимера, подходящего для покрытия металлических деталей. Термин «смолистые полимеры» следует понимать в широком смысле, включая органические природные и синтетические полимеры. В дальнейшем термин, используемый для обозначения полимеров, может быть для удобства «синтетический полимер». Синтетический полимер действует как матрица для двух неорганических пигментов, а также как барьерное защитное покрытие для металлических деталей. Смолистые полимеры, обычно используемые в изобретении, обычно растворимы в органических растворителях или могут быть нерастворимыми, и в этом случае они находятся в виде дисперсии в подходящей органической жидкости или в воде (или частично в воде).

    Композиции для покрытий по изобретению также могут быть в нежидкой физической форме, например в виде порошка, который содержит в смеси сухую смолу, пигменты и необязательные ингредиенты. В дальнейшем в этом документе обычно будет делаться ссылка на жидкую композицию, но следует понимать, что такая ссылка включает нежидкую композицию.

    Органические полимеры, используемые в данном изобретении, представляют собой пленкообразователи, которые способны отверждаться при температуре ниже, чем температура отпуска или термообработки металлической основы, на которую наносится покрытие. Максимальная температура отверждения зависит от состояния и сплава выбранной подложки и не зависит от какого-либо конкретного полимера. Специалист в данной области техники знает, какая регулировка рекомендуется для получения оптимальных результатов.

    Жидкая (или нежидкая) композиция для покрытия по настоящему изобретению включает первый пигмент, который действует, чтобы реагировать с коррозионными ионами, такими как ионы хлорида, и второй пигмент, который представляет собой выщелачиваемый пигмент, ингибирующий коррозию.

    Пигменты с ионной реакцией защищают металлические подложки от ионной коррозии. Хотя режим работы или точная функция ионно-реактивных пигментов полностью не известны или понятны, предполагается, что пигменты также могут иметь пассивирующий или нейтрализующий эффект, способствуя поддержанию pH в щелочном диапазоне в пределах пленки покрытия. Этот возможный эффект позволяет второму пигменту, например хромату, работать. Такие пигменты обычно лучше всего работают в щелочном диапазоне, а не в кислотном диапазоне.Каким бы ни был эффект ионно-реактивных пигментов, считается, что они взаимодействуют со вторым пигментом в общем положительном эффекте. Пигменты, реагирующие с ионами, которые действуют таким образом, обычно представляют собой порошки (или пылевидные частицы) металлических сфероидальных частиц. Эти металлические сфероидальные частицы могут быть из того же металла или металлического сплава, что и покрытая металлическая подложка, или из металла или металлического сплава, отличного от металла или металлического сплава, покрытого подложкой. В описании (и в формуле изобретения), в котором используется термин «сфероидоподобный», предполагается, что он включает термин «пыль» и включает частицы, полученные путем распыления воздухом, распыления инертным газом, истирания и других методов, известных в данной области техники. для приготовления металлических частиц.

    В соответствии с изобретением металлические сфероидальные частицы обычно не превышают определенного среднего максимального размера, как дополнительно описано в данном документе.

    Второй пигмент, который является составной частью жидкой (или нежидкой) композиции по настоящему изобретению, представляет собой выщелачиваемый пигмент. Выщелачиваемый пигмент способен пассивировать или ингибировать коррозию металла; это также ингибитор окисления. Вымываемый пигмент вымывается из затвердевшего покрытия и способствует образованию защитных пленок на металле.

    Изобретение также относится к покрытым металлическим деталям и их сплавам, которые являются гальванически активными (измеренными по их гальваническому потенциалу). Металлы, которые обычно получают наибольшую пользу от покрытия согласно изобретению, представляют собой металлы, обозначенные как «активные» металлы, то есть металлы, анодные по отношению к материалам из черных металлов. Однако также предполагается, что покрытия могут быть применимы для стали и сплавов черных металлов.

    Изобретение, кроме того, обеспечивает способ покрытия металлических частей жидкой (или нежидкой) композицией изобретения.В этом методе предпочтительно отверждение металлической детали с покрытием при температуре ниже температуры отпуска металлической подложки. Предпочтительные варианты осуществления описаны более подробно ниже.

    В соответствии с настоящим изобретением в типичном варианте воплощения предлагается жидкая композиция для покрытия, в которой органический полимер представляет собой эпоксид / полиамидимид, растворенный в подходящем органическом растворителе. Пигмент, реагирующий с ионами, представляет собой алюминиевые сфероиды со средним эквивалентным средним диаметром сферы (ESD) от примерно 2 до примерно 10.мкм, а вымываемый пигмент представляет собой хромат.

    Изобретение также предполагает нежидкую композицию, которая включает вышеописанные компоненты без жидкого растворителя или носителя для полимерной смолы. Во время нанесения на металлическую деталь к этим компонентам может быть добавлена ​​соответствующая жидкость или покрытие может быть нанесено в виде сухого порошка путем флокирования, псевдоожиженного слоя или электростатического распыления порошка. Использование порошковых покрытий не является обычным явлением, многие смолы не плавятся и не текут, поэтому при выборе смолы следует проявлять осторожность.

    В соответствии с настоящим изобретением в типичном варианте осуществления также предлагается металлическая деталь из магния, цинка или алюминия или их сплавы, которые покрыты отвержденной композицией, описанной выше.

    Изобретение дополнительно обеспечивает в типичном варианте осуществления способ нанесения подходящим способом жидкой композиции покрытия на металлическую деталь и отверждения композиции, нанесенной на металлическую основу, при температуре менее примерно 800 ° С. F. или при температуре, которая предпочтительно ниже, чем температура отпуска металлов, покрытых покрытием по изобретению.

    Описанное здесь изобретение обеспечивает значительно улучшенную защиту от коррозии в суровых условиях окружающей среды, таких как солевой туман, соленый воздух или кислотный дождь.

    Следует отметить, что покрытия по настоящему изобретению не являются так называемыми «жертвенными» покрытиями.

    Кроме того, в некотором смысле покрытие по настоящему изобретению можно рассматривать как так называемые «барьерные» пленки. Однако обычные барьерные пленки обычно не содержат проводящих металлических пигментов.Это приводит к максимально возможному увеличению импеданса. Если он сильно нагружен проводящими металлическими частицами (например, алюминиевым порошком), импеданс будет снижен, что нежелательно для барьерной пленки. Тем не менее, барьерные пленки согласно изобретению, в отличие от обычных пленок, допускают высокую загрузку металлических пигментов. Это дополнительно обсуждается ниже.

    ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

    Описание отдельных компонентов композиции для покрытия изобретения приведено в данном документе.В данном документе изложены предпочтительные варианты осуществления, описывающие предпочтительные отдельные компоненты изобретения. Необязательные ингредиенты обсуждаются здесь дополнительно ниже.

    ОРГАНИЧЕСКИЙ ПОЛИМЕР

    В соответствии с изобретением жидкая или нежидкая композиция содержит органическую смолу или полимер. Полимер может быть, как указано, органическим, синтетическим или нет, термопластичным или термореактивным. Композиция, содержащая органический полимер, может быть в жидкой или нежидкой форме. Раскрытый здесь полимер может быть растворен в подходящих растворителях или, в некоторых случаях, диспергирован в подходящей жидкости или смеси растворителей. Это может быть вода. В соответствии с изобретением любой подходящий полимер может быть выбран специалистом в данной области, который способен функционировать как матрица для используемых пигментов (и других необязательных ингредиентов) и покрывать указанные активные металлы. Очевидно, что в зависимости от конкретного применения или использования и других относящихся к делу соображений можно легко сделать соответствующий выбор полимера.

    Классы полимеров (и их сополимеров), подходящие для использования в изобретении, включают гидрофобные полимеры, такие как полиолефины, сополиолефины, иономеры, полиамиды, сополиамиды, галогенированные полиолефины, сложные полиэфиры, ненасыщенные полиэфиры, силиконовые полиэфиры, полимеры эпоксидных смол, феноксидные смолы, алкидные смолы. , силиконовые алкидные смолы и акриловые смолы.Конкретные полимеры, подходящие для использования в изобретении, включают, но не ограничиваются, следующие:

     ______________________________________
         Полиимидный полиэтилен
         Полипропилен Полифениленсульфид
         Поливинилиденфторид
                            Полиамид-имид
         Полиамид-имид (эпоксидная смола
                            Фторированный этилен
         модифицированный) пропилен (FEP)
         Политетрафторэтилен (PTFE)
                            Полиуретан
         Сополимеры этилена
                            Этиленвинилацетат
                            сополимеры
         Эпоксидный полиамид Поливинилхлорид
         Поливинилфторид органосилоксазан
         Поливинилидин хлорид
                            Полистирол и др. 
         Полиакрилонитрил ацетат целлюлозы
         ______________________________________
     

    Предпочтительным полимером является эпоксидный полиамид-имид.

    Полимеры, используемые в качестве компонентов композиции по настоящему изобретению, включают те полимеры, которые можно отверждать при температуре, которая не влияет отрицательно на свойства металла, на который наносится покрытие. Предпочтительный диапазон температур для отверждения полимера составляет от температуры окружающей среды до примерно 800 ° С. F. часто примерно до 500 ° С. F. Полимер может образовывать пленку за счет испарения растворителя, плавления и вытекания на поверхность, за счет слияния частиц смолы с латексом и другими способами.Пленка может быть термопластичной или термореактивной.

    Полимер должен обладать химической способностью образовывать подходящую клейкую пленку на интересующей подложке и для достижения наилучших результатов быть способным связываться с отдельными частицами пигмента в пленке покрытия.

    При желании в композиции и покрытиях по настоящему изобретению можно использовать два или более полимера.

    Весовой процент органического полимера в жидкой композиции обычно составляет от примерно 5 до примерно 90%.

    Обычно минимальное количество органического полимера — это такое количество или соотношение, которое в сочетании с пигментами будет обеспечивать заметное улучшение или устойчивость к коррозии для металлических подложек, покрытых композицией. Максимальное количество или соотношение органического полимера — это такое количество или соотношение, при превышении которых не наблюдается значительного повышения стойкости к коррозии металлических подложек.

    Органический полимер действует как носитель и матрица для пигментов, дополнительно описанных здесь, а также как защитное барьерное покрытие для металлических подложек.Обычно толщина полимерного покрытия не превышает примерно 40 мкм. Покрытие может быть тоньше или толще в зависимости от применения, размеров пигмента и других факторов, известных специалистам в данной области. Понятно, что толщина покрытия должна учитывать разнообразие индивидуальных размеров пигментов, используемых в соответствии с изобретением. Следует напомнить, что размеры отдельных частиц в порошках варьируются в пределах диапазона, чтобы получить указанное здесь распределение размеров (например,г. ESD).

    Растворители (или жидкости для диспергирования полимера), которые применимы в соответствии с изобретением, включают, но не ограничиваются ими, алифатические углеводороды, ароматические растворители, спирты и другие кислородсодержащие растворители, замещенные углеводороды, фенолы, замещенные ароматические углеводороды и галогенированные алифатические углеводороды. Каждая система смол имеет группу растворителей и разбавителей, совместимых со смолой и подходящих для образования пленки. В некоторых случаях органический растворитель используется только для диспергирования порошка смолы.Предполагается, что воду можно использовать в качестве растворителя / разбавителя или диспергатора для некоторых композиций смоляных пигментов.

    ПИГМЕНТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ

    В соответствии с изобретением жидкая или нежидкая композиция содержит два основных неорганических компонента, далее называемых «пигментами».

    Первый пигмент здесь называется ионно-реактивным, второй — соединением, которое вымывается из отвержденного покрытия. Пигменты обсуждаются в следующих разделах.

    ИОННО-РЕАКТИВНЫЙ ПИГМЕНТ

    В соответствии с изобретением было обнаружено, что защита металлической подложки, обеспечиваемая ионно-реактивным пигментом, действующим в сочетании с другими компонентами композиции, неожиданно и заметно улучшилась по сравнению с тем, что можно было ожидать. Хотя, как обсуждалось выше, известно, что алюминий (или другие подобные металлы) можно использовать в качестве пигментов для защиты металлических подложек, часто в сочетании с неорганическими фосфатными покрытиями, в соответствии с изобретением было обнаружено, что только особенно предпочтительные форма может придавать заметно улучшенные свойства устойчивости настоящего изобретения к суровым условиям окружающей среды, как правило, соляным туманом или кислой атмосферой.

    Слово «реагирующий» в контексте настоящего описания относится к металлическому пигменту, «реагирующему» вместо или предпочтительно к металлической подложке (которую пытаются защитить), но не реагирует гальванически или жертвенно, то есть в смысле предоставления электронов. к субстрату. Это различие особенно важно в отношении составов, в которых цинковая пыль является одним из пигментов.

    Форма этих металлических частиц сферическая или сфероидальная, включая частицы, называемые металлической «пылью».Кроме того, было обнаружено, что сфероиды определенного размера максимизируют свойства, описанные выше. Предпочтительными являются металлические сфероиды со средним эквивалентным диаметром (ESD), как определено ниже, менее чем примерно 10 мкм и предпочтительно не более чем 44 мкм максимального размера частиц. Покрытия, созданные с использованием частиц алюминиевого пигмента, распыленного инертным газом, показывают лучшие характеристики по сравнению с пигментами, распыляемыми воздухом. Распыленные инертным газом частицы алюминия, имеющие параметры электростатического разряда 2-4 мкм, обладают улучшенными характеристиками по сравнению с более крупными частицами.Такие металлические сфероиды обеспечивают максимальную защиту поверхностей подложки. Ожидалось, что сфероидные пигменты при использовании в барьерном покрытии будут обеспечивать меньшую защиту от условий окружающей среды, чем пигмент чешуйчатого типа, известный в предшествующем уровне техники. См. «Неорганические пигменты-пигменты» Смита, включенные здесь в качестве ссылки.

    Пигменты, реагирующие с ионами, используемые в изобретении, представляют собой сфероидальные частицы любого подходящего металла. Иллюстрацией класса металлических сфероидов являются алюминий, магний, цинк, кадмий и другие сплавы.Включены магниево-алюминиевые сплавы и сплавы других вышеупомянутых металлов. Патент США US 4537632, Mosser, и перечисленные в нем металлические порошки включены в настоящее описание в качестве ссылки. Цинковая пыль в форме сфероидов или несфероидов также оказалась полезной. Этот металлический пигмент контролирует pH и действует, как считается, способен реагировать, комплексно, нейтрализовать, пассивировать или противодействовать каким-либо образом (что до конца не изучено), неблагоприятному влиянию ионов на металл, в солевом тумане, в промышленных условиях. , океанский воздух или кислотные дожди.

    Предпочтительно, это действие способствует поддержанию pH в диапазоне от 5 до примерно 9-10. Более предпочтительно, чтобы для максимального эффекта вымываемого пигмента pH оставался слегка на уровне основного. Кроме того, оптимальный pH, при котором второй пигмент будет действовать лучше всего, будет зависеть от конкретных пигментов. Например, следующие пигменты, по-видимому, лучше всего работают при следующих значениях pH: хромат цинка около 8,0; метаборат бария, около 10,00; борат цинка, около 5,0.

    Иллюстративные ионы, которые прикрепляют эти металлические субстраты в суровых условиях окружающей среды, включают хлориды и другие галогениды, сульфаты, сульфиты, фосфаты и все ионы, образующиеся в результате реакции кислых газов (NO. sub.x), (SOx) с водой. Металлические сфероидальные частицы, действуя как ионно-реактивный пигмент, защищают металл, особенно активные металлы, описанные здесь, от химического воздействия ионов.

    В случае алюминия, выступающего в качестве ионно-реактивного пигмента в солевом тумане / соленой или кислой воздушной среде, считается, что гидроксид алюминия реагирует с ионами хлорида с образованием хлоргидратного комплекса алюминия в соответствии со следующей реакцией:

    Al (OH) 3 + H 3 O.sup + + Cl — fwdarw [Al (H 2 O) 6] + 3 Cl 3 -3.

    Для того, чтобы ионно-реактивный пигмент эффективно функционировал должным образом, было обнаружено, что желательно, чтобы он использовался в пропорции с вымываемым пигментом, описанным далее в данном документе, в количестве, обеспечивающем улучшение в используемых здесь испытаниях (например, CASS и соль спрей-тест). Максимальное количество пигмента, реагирующего с ионами, представляет собой такое количество, при превышении которого композиция покрытия не придает улучшенной стойкости к коррозии металлических подложек без существенного изменения других свойств пленки.

    Диапазон объединенных функциональных пигментов изобретения (по объему) до баланса компонентов в высушенном отвержденном покрытии может составлять от примерно 5 до примерно 95%; обычно от 15 до 50%. Если использовать избыток, это приведет к тому, что пленка покрытия будет иметь плотность менее 100%. Это нежелательно с точки зрения сопротивления барьерной коррозии, поэтому превышение рекомендованной объемной концентрации пигмента (ХПВХ) может не привести к оптимальным характеристикам покрытия.

    При определении оптимального соотношения двух видов неорганических пигментов друг к другу специалисты в данной области должны учитывать такие факторы, как плотность пигмента, реакционная способность, скорость выщелачивания, размер частиц, форма частиц и непрозрачность.Замена менее плотного пигмента на основе эквивалентной массы более плотным пигментом может привести к превышению CPVC и появлению пористости пленки и других дефектов. Это может быть или не быть значительным в зависимости от того, важны ли свойства пленки изолирующего барьера. Отношение выщелачивающего пигмента к общему количеству функционального пигмента, как описано в изобретении, по объему может варьироваться от примерно 1% до примерно 99%. На практике это соотношение обычно составляет от 10% до 50% по объему.

    Как обсуждалось в данном документе, механизм действия пигмента, реагирующего с ионами, полностью не объясним.Однако считается, что реакционноспособный ион Cl — не вступает в реакцию с металлической подложкой. То есть ион Cl — предпочтительно корродирует алюминиевый пигмент, а не металлическую подложку. Также считается, что слабощелочное состояние композиции покрытия из-за коррозии Al (OH) 3 при коррозии алюминиевого пигмента также «связывает» Cl — от реакции с металлической подложкой. Таким образом, в общем случае в соответствии с изобретением любой металлический сфероид можно использовать в качестве пигмента, реагирующего с ионами, если он будет предпочтительно реагировать с коррозионными ионами в окружающей среде.

    Что касается конкретной природы металла, металлические сфероидальные частицы могут быть из того же металла, что и металл подложки покрываемой детали, или могут быть из другого активного металла.

    Металлические сфероидальные частицы, используемые в композиции покрытия, могут быть металлами, такими как цинк, кадмий, магний, алюминий или другими активными металлами, которые имеют сфероидальную конфигурацию. Природа выбранного металла обычно связана с конкретными физико-химическими свойствами, необходимыми или предназначенными для покрытия.Обычно выбирают металл, который не умаляет улучшений, обеспечиваемых изобретением. Предпочтительными металлическими пигментами являются те, которые предпочтительно корродируют, а не металлический субстрат, и защищают субстрат от химического воздействия ионов, генерируемых в обсуждаемых условиях.

    Хотя, как частично объяснено выше, считается, что пигмент, реагирующий с ионами, действует, реагируя с коррозионными ионами, такими как ионы хлора, и, кроме того, регулирует pH в покрытии, считается, что он выполняет другие полезные функции в пленке покрытия.Например, пленки барьерного покрытия являются защитными только в том случае, если они не повреждены. Пленка, содержащая металлический чешуйчатый пигмент, менее способна противостоять повреждениям, вызванным ударами, из-за структуры чешуйчатого пигментированного слоя. Обратный или прямой удар приведет к межламеллярному разрушению, поскольку покрытие является анизотропным. Покрытия, пигментированные сфероидальными пигментами, в частности из алюминия, пластичны и податливы и способны выдерживать или поглощать ударные нагрузки за счет деформации пигмента.

    Использование сфероидальных пигментов обеспечивает высокую загрузку очень мелких частиц металлического пигмента и при этом сохраняет покрытия с низкой вязкостью.Использование чешуйчатых пигментов при высоких нагрузках приведет к получению покрытий со сверхвысокой вязкостью и плохими физическими свойствами при нанесении.

    Неожиданно оказалось, что покрытия по настоящему изобретению, содержащие большое количество металлических пигментов, чрезвычайно устойчивы к коррозии. Обычно (как указано выше) желательно уменьшить содержание проводящего металлического пигмента в антикоррозионных барьерных пленках, чтобы поддерживать как можно более низкую электрическую проводимость пленок. Напротив, настоящее покрытие имеет довольно высокое содержание пигмента.Обычно содержание пигментов может составлять около шестидесяти (60) объемных процентов или более.

    В предпочтительном варианте воплощения в качестве ионно-реактивных пигментов используются сфероидальные частицы алюминия. Алюминиевые сфероидальные частицы могут быть получены методами распыления воздухом или газом, как известно в уровне техники. В отношении методов получения сферических частиц алюминия ссылка на патент США No. №№ 4 537 632 на имя Mosser, 4 659 613 на имя Mosser et al. и 4724172, Mosser et al., которые включены в настоящий документ посредством ссылки.Сорта алюминиевого порошка, распыляемые воздухом, производятся путем всасывания расплавленного металла через сопло в сверхзвуковой поток воздуха. Струя жидкого алюминия разбивается на отдельные капли струей воздуха, каждая капля сначала сплющивается и удлиняется под действием силы потока газа. В идеальных условиях эти капли должны быстро сжиматься в сферическую форму, чтобы минимизировать площадь поверхности и поверхностную энергию. Однако, когда расплавленный алюминий контактирует с воздухом, на поверхности жидкой капли немедленно образуется твердая плотная оксидная пленка.Эта оксидная оболочка заставляет каплю затвердеть в своей первоначальной искаженной форме. Следовательно, частицы алюминиевого порошка, распыленные воздухом, имеют неправильную форму, и, как правило, чем меньше размер частицы, тем больше ее отклонение от идеально сферической формы. Также коммерчески доступны специальные сферические сорта распыленного алюминия. Сферические порошки получают путем всасывания расплавленного алюминия в струю восстановительного газа, такого как водород или экзотермическую смесь сгоревшего метана, или инертного газа, такого как гелий или азот.Эти сорта алюминия, распыляемого газом, называются «сферическими» порошками, хотя на самом деле они никогда не достигают идеальной сферичности из-за воздействия силы тяжести на каплю расплавленного материала. Порошки, распыленные воздухом и неокисляющие, распыленные газом, обычно характеризуются в соответствии с одним из следующих измеренных параметров: размером частиц или средним диаметром частиц, распределением частиц по размерам и формой или конфигурацией частиц. Размер частиц, параметр, наиболее часто используемый для различения сортов порошка, обычно является синонимом диаметра частиц; однако точно определить диаметр частиц можно только для сферических порошков.

    Поскольку фактические частицы распыленного порошка редко имеют идеальную сферическую форму (по причинам, указанным выше), размер частиц наиболее полезно определять путем измерения характеристического свойства частицы неправильной формы, которое может быть связано с тем же свойством идеальной частицы правильной формы. Выбирая сферу в качестве идеальной формы, размер порошков, распыленных как воздухом, так и неокисляющим газом, может быть надежно описан как «эквивалент сферы диаметром (d)», тем самым объединяя параметры размера и формы в единственная переменная.Таким образом, с помощью этого определения устанавливается однозначный воспроизводимый размер частиц одного измерения.

    Эквивалентные сферические диаметры (ESD) и средние эквивалентные сферические диаметры (ESD) частиц алюминия или других металлов в порошке определенного сорта измеряются с помощью автоматического седиментационного оборудования, такого как анализатор размера частиц Micromeritic SediGraph 5000E. Это устройство использует рентгеновские лучи низкой энергии для определения концентрации частиц на различной глубине в столбе известной жидкости.SediGraph определяет популяцию частиц определенной массы в порошковой марке путем измерения плотности частиц на заданном уровне в жидкости. Сорта распыленных порошков полностью характеризуются распределением размеров популяции, измеренным методом седиментации, и ESD, соответствующими среднему значению в распределении.

    В соответствии с настоящим изобретением, алюминиевые порошки, распыленные как воздухом, так и неокисляющим газом, описываются с использованием измерений среднего эквивалентного сферического диаметра (ESD) с помощью седиментационного оборудования.Дополнительная информация относительно аналитических методов испытаний для определения характеристик алюминиевых порошков представлена ​​в разделе брошюры Alcoa PAP917 (FA2D-2), озаглавленной «Контроль качества и аналитические методы испытаний алюминиевых порошков Alcoa». Для получения дополнительной информации об измерениях седиментации см. Брошюру «Краткий курс технологии тонкодисперсных частиц», предоставленную Micrometrics Instrument Corporation. Эти документы включены в настоящий документ посредством ссылки.

    ВЫМЫВАЕМЫЙ ПИГМЕНТ

    В соответствии с изобретением композиция содержит второй пигмент, вымываемый пигмент, способный ингибировать или пассивировать коррозию металла.Выщелачиваемый пигмент обычно представляет собой соль, содержащую хромат, молибдат, ванадат, вольфрамат, плюмбат, фосфат или метаборат, а также другие, перечисленные в публикации Смита, озаглавленной «Неорганические пигменты грунтовки», Federation Series on Coatings Technology, которая включена сюда ссылка. Катион соли может быть любым катионом, который образует соль с вышеупомянутым ионом и дает соль ограниченной растворимости, обычно стронций, цинк, барий, калий, натрий, кальций, литий, магний, а также другие.

    Предпочтительным вымываемым пигментом в соответствии с изобретением являются пигменты, содержащие хромат. В соответствии с изобретением предпочтительные соли, которые образуют выщелачиваемый пигмент, включают хромат стронция, хромат цинка, тетраоксихромат цинка, хромат цинка-калия, хромат бария и метаборат бария.

    Считается, что хромат действует как ингибитор окисления. Также считается, что хромат образует тонкий оксидный слой на защищаемом металле, который действует как защитная пленка.Известно, что хромат выщелачивается из полимера органической смолы и тем самым пассивирует металл, образуя защитную пленку.

    Хроматные пигменты можно производить (осаждать) из щелочных растворов и выщелачивать как слабощелочные материалы. Слабощелочной pH композиции покрытия способствует нейтрализации окружающего раствора, содержащего реакционноспособные ионы, например Cl — и SO 4 -. Считается, что пигмент, реагирующий с ионами, способствует стабилизации pH в диапазоне от нейтрального до слабощелочного, позволяя выщелачивающемуся пигменту быть более эффективным.

    В соответствии с изобретением отношение вымываемого пигмента к ионно-реактивному пигменту находится в диапазоне от примерно 5% до примерно 95%.

    Минимальное количество вымываемого пигмента — это такое количество, которое в сочетании с органической смолой и ионно-реактивным пигментом будет обеспечивать заметное улучшение устойчивости к кислотной и / или солевой коррозии для металлических подложек, покрытых композицией. Минимальная сумма составляет около> 0,5%. Максимальное количество выщелачиваемого хромата — это количество, за пределами которого композиция покрытия не придает улучшенной стойкости к коррозии металлических подложек.

    Очевидно, что специалист в данной области может без излишнего экспериментирования определить оптимальные количества, соотношения и т.д. в зависимости от металла, на который будет наноситься покрытие, тяжести и ожидаемой продолжительности воздействия и других подобных факторов и соображений.

    ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

    В соответствии с изобретением в композицию покрытия могут быть добавлены необязательные ингредиенты. Эти необязательные ингредиенты включают, но не ограничиваются ими, наполнители, наполнители, смазки или тугоплавкие соединения, такие как силикон, слюда, диоксид титана, технический углерод. Также можно использовать поверхностно-активные соединения (ионы, катионные и неионогенные). Необязательные ингредиенты могут быть добавлены для придания композиции желаемых качеств, но не должны добавляться в количествах, которые уменьшали бы, мешали или умаляли способность композиции покрытия защищать металлические подложки в солевом тумане, солевом воздухе, кислотном дожде или другие суровые условия окружающей среды.

    МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ

    В соответствии с изобретением металлы, для которых наибольшую выгоду от покрытия композицией, раскрытой в этой заявке, представляют собой те активные металлы, которые корродируют или разрушаются в солевом тумане, соленом воздухе, кислотном дожде или других суровых условиях окружающей среды из-за действия ионов, таких как как Cl.sup — или SO 4 — (или эквивалентные ионы) в присутствии низкого pH. Для целей данной заявки те металлы, которые обозначены как «активные металлы», как определено здесь, особенно выиграют от покрытия композицией изобретения. «Активные металлы» здесь определены как те металлы и их сплавы, которые являются электрохимически (то есть гальванически) активными металлами, как измерено гальваническим потенциалом более -0,6 В относительно каломельного электрода в 5% растворе соли, т.е.е. те металлы, анодные по отношению к стали. Таким образом, активные металлы в соответствии с изобретением включают, но не ограничиваются ими, магний, алюминий, марганец, цинк и сплавы кадмия этих металлов и композиты с металлической матрицей, включающие эти металлы или их сплавы.

    Кроме того, для покрытия этих металлов и сплавов подходят подложки. Например, подходящей подложкой является оцинкованная сталь. Электролитические и механические покрытия из цинка, цинковых сплавов, алюминия и кадмия являются поверхностями, подходящими для покрытия.Обычно эти поверхности имеют конверсионное покрытие, «хромируются» или «фосфатируются». Кроме того, подходящей подложкой является алюминий, осажденный ионным паром. Покрытия, содержащие алюминий или другие активные металлические пигменты в керамических покрытиях, такие как описанные Алленом в патенте США No. № 3248251 и Brumbaugh, патент США. № 3869293 являются подходящими субстратами. Особенно предпочтительные металлические подложки включают магний и алюминий и их сплавы, включая сплавы алюминия / лития, из-за их желаемых свойств, как обсуждалось выше.

    Как отмечалось ранее, все «активные» металлы имеют оксидную или гидроксидную защитную пленку или окалину. Именно эта пленка подвергается атаке кислой среды и хлорид-иона. Для надлежащей защиты этих активных металлов поверхность оксида / гидроксида должна быть заменена предварительной химической обработкой. Предварительная обработка, возможно, зависит от защищаемого металла и сплава и известна. Магний защищен анодированием и конверсионными покрытиями. Эти методы лечения известны и описаны в многочисленных ссылках.Удобный справочник, который включает в себя все рассматриваемые носители, — это Руководство по металлам, девятое издание, том 5, Очистка поверхности, финишная обработка и нанесение покрытий. (ASM Metals Park Ohio). Хотя возможны различные виды обработки поверхности, обычно используются некоторые из них. Например, магний анодируется с использованием процессов HAE и Dow 17. Когда неанодированные магниевые сплавы подвергаются конверсионному покрытию с использованием нескольких видов «хромового травления» или «хромомарганцевой обработки».

    Алюминиевые сплавы анодируются в различных ваннах, включая серную, хромовую, фосфорную и другие кислоты и смеси.Конверсионные покрытия наносят на неанодированные алюминиевые сплавы. Эти конверсионные покрытия обычно представляют собой кислотные растворы на основе хромата, в которых обрабатываются компоненты из алюминиевого сплава.

    Поверхности из цинка и кадмия обычно обрабатываются в растворе «хромового травления», смеси дихроматной серной кислоты. Они описаны в упомянутом выше томе.

    Все эти пассивированные, анодированные или покрытые конверсионным покрытием поверхности активных металлов подходят в качестве основы для покрытий по настоящему изобретению.Изобретение можно наносить непосредственно на эти металлические поверхности или, в некоторых случаях, непосредственно на очищенную, необработанную металлическую поверхность. Это обычное дело в случае применения изобретения к покрытиям с алюминиевым наполнителем. Также ожидается, что некоторые поверхности, такие как анодированные поверхности, могут быть предварительно обработаны герметизирующим покрытием для пропитки и инфильтрации внутренней пористости. Такие герметики должны быть совместимы с покрытием по изобретению, чтобы гарантировать адгезию и надлежащее соединение. Когда такие герметики совместимы, они могут улучшить характеристики покрытия.

    Как здесь обсуждается, покрываемые металлы являются активными металлами. Металлическая или неметаллическая часть (например, керамика) может быть покрыта этим металлом, или часть может состоять из металла. Обычно обрабатываемая металлическая поверхность, то есть основа для покрытия согласно настоящему изобретению, предварительно обрабатывается, как обсуждалось, но нет необходимости в такой предварительной обработке.

    СПОСОБ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    В соответствии с изобретением предоставляется способ покрытия металлов композицией изобретения. Перед испытанием металла в соответствии с изобретением обрабатываемую деталь сначала обрабатывают обычной предварительной обработкой, такой как покрытие с конверсионным хроматом или анодирование. Затем на субстрат наносят покрытие, нанося кистью, валиком, распылением, окунанием / вращением или окунанием жидкой композиции изобретения. После того, как жидкая композиция была нанесена на деталь, композиция отверждается либо путем нагревания в течение заданного периода времени, либо с помощью соответствующего механизма отверждения / схватывания на воздухе.Температура отверждения должна быть ниже температуры отпуска самой металлической подложки. При необходимости на стадиях отверждения можно удалить избыток растворителя и позволить смолистому полимеру образоваться поперечные связи. Сшивание полимера обеспечивает покрытие повышенной прочности в суровых условиях окружающей среды. После отверждения металлическая деталь с покрытием готова к использованию в этих условиях окружающей среды, где она демонстрирует заметно улучшенную стойкость к коррозии. Часто обнаруживается, что герметизирующие покрытия, совместимые со смолой, используемой в композиции по настоящему изобретению, могут быть нанесены поверх функционального покрытия.Таким образом, покрытие по изобретению может иметь верхнее покрытие. Желательно избегать использования многоступенчатых герметиков и сложной обработки.

    Следующие ниже примеры вариантов осуществления изобретения, а именно композиция для покрытия, металлические детали с покрытием и способ нанесения композиции с покрытием на металлические детали, предлагаются в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничения.

    Количества ингредиентов в композициях, перечисленных в следующих примерах, даны в единицах веса в граммах, если не указано иное.

    ПРИМЕР 1

    В этом примере готовят три различных состава покрытия и оценивают их свойства коррозионной стойкости.

    Все композиции для покрытий содержат амидо-имидные эпоксидные смолы.

    Один препарат содержит хромат стронция в качестве вымываемого пигмента. Этот состав обозначен как Композиция 1А, и его ингредиенты перечислены ниже.

    СОСТАВ 1A
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                250.0
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                60,1
         N-метил-2-пирролидон (NMP)
                                981,7
         Этилацетат 67,1
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                4.0
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                2,7
         Хромат стронция 134,0
         Итого 1449,6
         ______________________________________
     

    Этот состав был получен путем полного растворения амидоимидной смолы AI-10 и эпоксидных смол в NMP.Затем добавляли этилацетат и поверхностно-активные вещества. Пигмент хромата стронция диспергировали, добавляли и фильтровали через сито 325 меш.

    Другой состав содержит пигмент алюминиевый порошок. Этот состав обозначен как Композиция 1B, и его ингредиенты перечислены ниже.

    СОСТАВ 1B
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                250.0
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                60,1
         NMP 981.7
         Этилацетат 67,1
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                4.0
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                2,7
         3-4 мкм ESD алюминиевый сферический
                                469,8
         порошок, Валимет Н-3
         Итого 1835.4
         ______________________________________
     

    Покрытие готовили таким же образом, как и состав 1А.

    Другой состав содержит пигмент в виде порошка алюминия и хромат стронция. Этот состав обозначен как Композиция 1С, и его ингредиенты перечислены ниже. Композиция 1С составляет один из составов изобретения.

    СОСТАВ 1С
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                621. 5
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                149,5
         NMP 2 472,0
         Этилацетат 169,0
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                10.0
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                6,7
         Хромат стронция 333,7
         3-4 мкм ESD алюминиевый сферический
                                1,168,0
         порошок, Валимет Н-3
         Итого 4930.4
         ______________________________________
     

    Каждое из трех покрытий было нанесено распылением на отдельные магниевые панели из сплава ASTM № AZ31B.

    Этот магниевый сплав имеет номинальный состав 3,0% Al, 1,0% Zn, 0,3% Mn, остальное — Mg.

    Перед нанесением покрытия на магний AZ31B было нанесено конверсионное хроматное покрытие с использованием процесса Dow 1, разработанного Dow Chemical Co. Этапы процесса включают обезжиривание паром в 1,1,1-трихлорэтане.Панели погружали на 15 секунд в 10 мас. % азотной кислоты, промыть холодной водой, на 1 минуту погрузить в водный раствор кислотного хромата (15 мас. % Na 2 Cr 2 O 7 и 25 мас.% HNO 3 (SG 1,42). )), промыть холодной водой и высушить.

    Все покрытия наносили распылением до толщины сухой пленки 0,6-1,2 мил (1 мил = 0,001 дюйма). Каждый слой сушили при 175 ° С. F. за 15 минут до одного часа 300 ° C. F. cure.

    Затем на панели с покрытием наносили верхнее покрытие, содержащее серую амидимидную эпоксидную смолу.Это верхнее покрытие обозначается как композиция 1D, и его ингредиенты перечислены ниже. Он содержит только пигменты, придающие ему серый цвет, и не содержит пигментов, ингибирующих коррозию Композиций 1A, 1B и 1C.

    СОСТАВ 1D
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                860,5
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                207.2
         NMP 2 726,0
         Этилацетат 231,2
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                13,9
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                9. 3
         Коллоидный диоксид кремния (Cab-O-Sil M-5)
                                3,2
         TiO 2 (DuPont R-1) 269,0
         Технический углерод, Cabot Regal 400R
                                29,0
         Итого 4349.3
         ______________________________________
     

    Композицию 1D получали растворением амидоимидной смолы AI-10 в NMP. Эпоксидную смолу, этилацетат и поверхностно-активные вещества перемешивают до гомогенности. Пигменты диспергируются с помощью 24-часового цикла шаровой мельницы. Композицию фильтровали через сито 325 меш.

    Следующие ниже композиции, содержащие грунтовку и верхнее покрытие, перечисленные ниже, были затем подвергнуты различным испытаниям.

     ______________________________________
         Система No.
                  Общая толщина верхнего слоя грунтовки (мил)
         ______________________________________
         1. 1A 1D 2
         2. 1B 1D 2
         3.1С 1Д 2
         ______________________________________
     

    Панели были сначала испытаны на начальную перекрестную адгезию, ASTM D 3359. Все три системы показали отличные результаты межслойной адгезии, характеризуемые классификацией 5B, которая является наивысшей оценкой адгезии пленок покрытия к металлическим основам.

    Панели каждой системы покрытия без надписей были также подвергнуты испытанию на медно-ускоренную уксусную кислоту-солевой туман (туман) (CASS TEST), ASTM B 368.Этот тест проводится при pH от 3,1 до 3,3 и имитирует тяжелые условия кислотного воздействия.

    Результаты после шести недель воздействия показаны ниже.

     ______________________________________
         Система
               Шесть недель выдержки
         ______________________________________
         1.Средние продукты коррозии шита на всей панели
         2. Умеренно белые продукты коррозии на всей панели.
         3. Отсутствие продуктов коррозии.
         ______________________________________
     

    Результаты показали улучшенную эффективность комбинации пигментов в соответствии с изобретением в борьбе с коррозией в кислой среде. Аналогичные высокие уровни коррозионной стойкости были достигнуты с системой 3 в нейтральном солевом тумане (ASTM B 117) и при воздействии влажности (ASTM D 2247).

    ПРИМЕР 2

    В Композиции 1С хромат стронция заменен на основе эквивалентного объема метаборатом бария в качестве выщелачиваемого пигмента. Следуя процедуре в Примере 1, в которой магниевые панели покрывают, и после соответствующего отверждения, у покрытых магниевых панелей с этим покрытием наблюдается хорошая стойкость к кислотной коррозии.

    ПРИМЕР 3

    Аналогичным образом, в композиции 1C хромат стронция заменен на основе эквивалентного объема основным молибдатом цинка.После соответствующего отверждения и следования процедуре Примера 1, в которой магниевые панели покрывают, наблюдается хорошая устойчивость к коррозии при испытании в солевом тумане.

    ПРИМЕР 4

    В Композиции 1C хромат стронция заменен на основе эквивалентного объема фосфатом цинка. После соответствующего отверждения и следования процедуре примера 1, в котором магниевые панели покрывают, наблюдается, что покрытие препятствует образованию продуктов коррозии.

    ПРИМЕР 5

    В составе 1С алюминиевый порошок заменен порошком кадмия в эквивалентном объеме.В результате получается покрытие с хорошей коррозионной стойкостью.

    ПРИМЕР 6

    В Композиции 1С смола заменена фенокси-смолой и растворена в подходящем растворителе. Удовлетворительное покрытие получают в соответствии с процедурой, аналогичной Примеру 1, в которой покрывают панели из магния.

    ПРИМЕР 7

    В Композиции 1С смола замещена поливинилиденфторидом и подходящими растворителями. После выполнения процедуры в Примере 1, в которой магниевые панели покрывают, композиция демонстрирует полезные свойства в качестве коррозионно-стойкого покрытия в испытании CASS.

    ПРИМЕР 8

    В Композиции 1С смола заменена полиэтиленом и подходящими растворителями. После выполнения процедуры, описанной в Примере 1, в которой магниевые панели покрывают, композиция демонстрирует хорошие свойства устойчивости к коррозии в отношении солевого тумана.

    ПРИМЕР 9

    В Композиции 1С смола замещена полиимидом. После выполнения процедуры из Примера 1, в которой магниевые панели покрывают, композиция демонстрирует хорошие свойства устойчивости к коррозии при воздействии кислоты.

    ПРИМЕР 10

    В этом примере демонстрируется использование пигментированных имид-имидных покрытий хроматом цинка / алюминиевым порошком без добавки для низкотемпературного отверждения эпоксидной смолы. 500 ° С. Температура, необходимая для отверждения, ограничивает металлические сплавы, на которые можно наносить покрытие этой системой. Один из составов, используемых в Примере, обозначен как Композиция 10А, и его ингредиенты следующие:

    СОСТАВ 10A
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                26. 47
         N-метил-2-пирролидон (NMP)
                                104,03
         Этилацетат 7,12
         Ксилол 18.60
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                0.42
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                0,29
         Хромат цинка 27,59
         3-4 мкм ESD алюминиевый сферический
                                94,73
         Итого 279.25
         ______________________________________
     

    Эту комбинацию диспергировали в смесителе Хокмейера до тех пор, пока пигменты хорошо не диспергировались. Его фильтровали через сито 325 меш.

    Состав 10Б состоял из:

    СОСТАВ 10B
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                860.5
         NMP 2 726,0
         Этилацетат 231,2
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                13,9
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                9.3
         Коллоидный диоксид кремния (Cab-O-Sil M5)
                                3. 0
         TiO 2, R-100 DuPont
                                269,0
         Технический углерод, Cabot Regal 400R
                                29.0
         Итого 4 141,9
         ______________________________________
     

    Композиция 10B была обработана таким же образом, как покрытие «1C», и будет использоваться в качестве защитной барьерной пленки поверх композиции 10A.

    Оба эти покрытия были нанесены на две отдельные подложки, каждая из которых способна выдерживать 500 ° С. F. температура отверждения.Первой подложкой был алюминий ANSI 3003 с основными элементами сплава, 1,28% марганца и 0,126% меди, который был обезжирен в парах 1,1,1-трихлорэтана, с нанесением хроматного покрытия путем нанесения Alodine 1200S (концентрация 1,2 унции / галлон) в течение 1 минуты. . Затем субстрат промывали водой и сушили перед нанесением покрытий.

    Вторая подложка — это сталь AISI 1010, которая была обезжирена паром и подверглась пескоструйной очистке с чистым зерном из оксида алюминия 100 меш. Было нанесено хроматно-фосфатное неорганическое покрытие, пигментированное небольшими сфероидальными частицами алюминия.Это неорганическое базовое покрытие описано в Mosser (патент США № 4537632) и аналогично Примеру 1 в этом патенте. Это неорганическое базовое покрытие наносили распылением на стальную основу, сушили в печи при 175 ° С. F. в течение 15 минут и отверждение при 650 ° С. F. в течение 30 минут. После охлаждения был нанесен второй слой и повторены этапы сушки и отверждения. Затем подложку полировали для механической холодной обработки поверхности покрытия легкой струйной обработкой стеклянными шариками 140-270 меш или Al 2 O.3 грит. Базовое покрытие в результате этого процесса становится электропроводящим и жертвенным.

    Композицию амид-имида 10А наносили распылением до толщины сухой пленки 1,0 мил, сушили при 175 ° С. F. в течение 15 минут и отверждали при 500 ° С. F. в течение 30 минут. Композицию амид-имида 10B наносили и отверждали над 10A в соответствии с описанной выше процедурой.

    Краткое описание покрытий и подложек представлено ниже:

     ______________________________________
         Покрытие
         System Alloy Pretreat Primer Верхнее покрытие
         ______________________________________
         1 3003 Алодин 10А 10В
         2 1010 Blast на U.С. 10А
                                   Пат. № 4,537,632
         ______________________________________
     

    Композиция 2 хорошо сопротивлялась агрессивным средам и выдерживала 1000 часов скрайбирования в соответствии с ASTM B 117 с незначительной коррозией. Панели для наружного воздействия без описания через 15 недель, подвергавшихся ежедневному воздействию 5% солевого тумана, не подверглись коррозии.

    Композиция 1 на алюминиевой подложке ANSI 3003 с конверсионным покрытием была очень устойчивой к коррозии, о чем свидетельствуют разметанные панели, показывающие отсутствие коррозии через 1000 часов солевого тумана ASTM B 117.Физические свойства, такие как ударопрочность и гибкость на конической оправке, были превосходными для обоих составов 1 и 2.

    ПРИМЕР 11

    В этом примере покрытия 10А и 10В и подложка такие же, как в Примере 10, за исключением того, что покрытия отверждаются при 300 ° С. F. в течение одного часа вместо 500 ° C. F. в течение получаса.

    Обнаружено, что физические свойства систем 10A и 10B нарушены. Пленки имеют тенденцию к растрескиванию и растрескиванию при прямом испытании на удар или изгибе конической оправки.При 300 ° С. F. cure, при испарении растворителей образовывалась термопластическая пленка. Никакой очевидной реакции имидизации для сшивания пленки и улучшения ее свойств не произошло.

    ПРИМЕР 12

    Прозрачный эпоксидный герметик DTD-5562 Министерства обороны Великобритании был пигментирован хроматом стронция и сферическим порошком ESD толщиной 3-4 мкм с тем же массовым соотношением пигмент / пигмент и пигмент / смола, что и композиция 1C в примере 1. Это должен был продемонстрировать эффективность этой комбинации пигментов.Непигментированную эпоксидную смолу DTD-5562 использовали в качестве контроля на тех же панелях подложки из магния.

    DTD-5562 Был приготовлен эпоксидный герметик Британской оборонной спецификации, в котором 30-35% по весу композиции составляют твердые частицы смолы, остальное — летучий растворитель с высоким содержанием углеводородов. Этот состав обозначен как Композиция 12А, и его ингредиенты перечислены ниже.

    СОСТАВ 12A
     ______________________________________
         DTD-5562, Эпоксидная смола 400.0
         Хромат стронция 55,4
          ## STR1 ## 193,9
         порошок, Валимет Н-3
         Итого 649,3
         ______________________________________
     

    Эти пигменты перемешивали при перемешивании диспергатором Хокмейера.Затем покрытие фильтровали через сито 200 меш.

    СОСТАВ 12B

    DTD-5562 прозрачный эпоксидный герметик без каких-либо пигментных добавок получил обозначение 12B.

    Два типа подложки из магниевой панели, AZ31B и AZ91C, были покрыты вышеуказанными композициями 12A и 12B. Магний AZ31B сначала был предварительно обработан с помощью процесса Dow 1, описанного в Примере 1. Магний AZ91C подвергался предварительной хромомарганцевой обработке следующим образом: Панели были отполированы абразивным шлифованием до 10 мкм.s.i. с зерном Al 2 O 3 размером 90-120 меш для удаления покрытия, нанесенного мельницей. Панели AZ91C были погружены на 15 секунд в 10 мас. % HNO 3 и промыть холодной водой. Затем панели погружали на 2 часа в состав водной хромомарганцевой ванны (10 мас.% Na 2 Cr 2 O 7 2 H 2 O, 5 мас.% MnSO. 4,5H 2 O и 5 мас.% MgSO 4 7 H 2 O). Затем их промывали холодной водой и сушили.

    Эти покрытия были нанесены распылением на обе подложки, при этом каждое покрытие затвердело при 400.степень. F. в течение 40 минут.

    Покрытия были нанесены на подложки, как показано ниже:

     ______________________________________
         Номер системы Субстрат
                                  Покрытие
         ______________________________________
         1. AZ31B 12A
         2.AZ31B 12B
         3. AZ91C 12A
         4. AZ91C 12B
         ______________________________________
     

    Все системы были подвергнуты четырем тепловым циклам. Тепловой цикл определяется как:

    8 часов при 300 ° С. F.

    16-часовой солевой туман, ASTM B 117

    8 часов в 300.степень. F.

    16 часов CASS, ASTM B 368

    На магниевых сплавах AZ31B и AZ91C, на которые был нанесен один слой пигментированного 12A, коррозии не произошло. При нанесении прозрачного непигментированного герметика 12B на обе поверхности образовывались продукты коррозии от умеренного до сильного белого цвета. Этот результат подтверждает полезность комбинации пигмента хромата стронция-алюминиевого порошка (выщелачиваемого — ионно-реактивного).

    ПРИМЕР 13

    Эталонная эпоксидная грунтовка Совета по окраске стальных конструкций (SSPC), отверждаемая при комнатной температуре, была пигментирована хроматом стронция и 3-4.мкм ESD сферическая алюминиевая пудра. Этот состав обозначен как Композиция 13А, и его ингредиенты перечислены ниже. Другой праймер SSPC готовится без алюминиевой пудры, что и остается таким же в других аспектах. Эта композиция обозначена как композиция 13B, и ее ингредиенты перечислены ниже.

    СОСТАВ 13A
     ______________________________________
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                89.62
         Хромат стронция 33,33
          ## STR2 ## 116,67
         порошок, Валимет Н-3
         Силикат магния 42.00
         Слюда, 325 меш 13,87
         Органофильная глина, NL Industries
                                3.75
         Бентоне 27
         Метанол / вода 95/5% 1,50
         Выравнивающий агент для мочевины Bettle 216-8,
                                4.87
         Американский цианамид
         Метилизобутилкетон 14.25
         Ксилол 42,37
         Целлозольв 22,50
         Полиамид, Ciba Geigy XUHY283
                                62,25
         Итого 446,91
         ______________________________________
     

    Композиции перемешивали в течение 20 минут с помощью диспергатора Hockmeyer, затем просеивали через сито 100 меш и, наконец, смешивали с полиамидным отвердителем, Ciba Geigy XUHY283.

    СОСТАВ 13B

    Это покрытие аналогично составу 13А, за исключением того, что оно не содержит пигмента в виде порошка алюминия.

    Покрытия были нанесены распылением до толщины сухой пленки 2 мил на сталь AISI-SAE 1010, алюминиевый сплав AA 7075 и магниевые панели AZ31B.

    Алюминий и магний были предварительно обработаны, как подробно описано в примерах 1 и 10. Сталь была обезжирена и подвергнута пескоструйной очистке с зернистостью Al 2 O 3 размером 90-120 меш. Панели оставляли в течение одной недели при комнатной температуре для полного отверждения.

    В таблице ниже показаны субстрат и соответствующая грунтовка для каждой системы.

     ______________________________________
         Номер системы Грунтовка для основания
         ______________________________________
         1. 1010 сталь 13А
         2. 7075 Al 13A
         3.AZ31B 13A
         4. 1010 Сталь 13Б
         5. 7075 Al 13B
         6. AZ31B-Mg 13B
         ______________________________________
     

    Системы подвергались воздействию CASS ASTM B 368 без описания в течение пяти недель. Все три подложки, сталь, алюминий и магний, которые были покрыты составом 13A, вызвали лишь очень незначительную коррозию менее чем на 1% площади поверхности панели. Панели всех трех подложек, покрытые 13B, не содержащим алюминиевого порошка, а только пигментом на основе хромата стронция, подверглись сильной коррозии более чем на 50% площади поверхности панели. Эти результаты демонстрируют применимость сферического алюминиевого порошка (3-4 мкм ESD) в качестве ионно-реактивного пигмента наряду с хроматом.В этом случае алюминий реагирует с хлорид-ионом, сводя к минимуму воздействие хлорид-иона на подложку.

    ПРИМЕР 14

    В этом примере демонстрируется использование различных типов металлического пигмента в качестве ионно-реактивного реагента в амидо-имидной пленке. Металлические пигменты, испытанные здесь, представляли собой алюминиевый порошок со средним размером частиц 5 мкм — Reynolds LSD-693, цинковую пыль со средним размером частиц 8 мкм — цинк № 122 Нью-Джерси и магниевый порошок размером 325 меш. -Читать RMC-325. Металлические пигменты были включены в формулы типа Композиция 1С, в которых 3-4.мкм Алюминиевая пудра ESD заменяется в равных объемах. Хромат стронция был включен во все эти составы на уровне, используемом в составе 1С.

    Один из составов обозначен как Композиция 14A и включает следующие ингредиенты.

    СОСТАВ 14A
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                38.31 год
         N-метил-2-пирролидон 150,34
         Этилацетат 10,28
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                0,62
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                0.41 год
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                9.20
          ## STR3 ## 72,00
         LSA 693 Рейнольдс
         Хромат стронция 20.00
         Итого 301.16
         ______________________________________
     

    Эту композицию перемешивали до растворения смол при комнатной температуре. Затем добавляли пигменты, которые хорошо диспергировались на высокоскоростной мешалке. Покрытие просеивалось через 200 меш.

    Другой состав был обозначен как композиция 14B и состоит из следующих ингредиентов.

    СОСТАВ 14B
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                36.39
         N-метил-2-пирролидон 143,00
         Этилацетат 9,77
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                0,58
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                0.39
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                8,74
         8 мкм цинковой пыли в среднем,
                                177,00
         # 122 Нью-Джерси цинк
         Хромат стронция 19.50
         Итого 395,37
         ______________________________________
     

    Этапы обработки такие же, как для Композиции 14A.

    Другой состав, обозначенный как Композиция 14С, состоит из следующих ингредиентов.

    СОСТАВ 14C
     ______________________________________
         Амидо-имидная смола Amoco AI-10
                                38.31 год
         N-метил-2-пирролидон 150,34
         Этилацетат 10,28
         Силиконовая смола, GE SR-112
                                0,62
         Фторуглеродное поверхностно-активное вещество, 3M FC-430
                                0.41 год
         Эпоксидная смола, Ciba Geigy GY-6010
                                9.20
         Магниевый порошок 325 меш, Reade
                                46,40
         Хромат стронция 20,60
         Всего 276.16
         ______________________________________
     

    Этапы обработки такие же, как и для композиции 14A.

    Подложки обрабатывали следующим образом:

    1. Сталь — пескоструйная обработка, как в Примере 10.

    2. Алюминий 7075-T6 — обработка алодином 1200S, как в Примере 10.

    3. Магний AZ31B — Dow 1, обработанный, как в Примере 1.

    Составы 14A, 14B и 14C наносили распылением на все три подложки при 1. Толщина сухой пленки 0 мил. Панели сушили в течение 15 минут при 175 ° С. F. до 1 часа при 300 ° С. F. cure. Верхнее покрытие Composition 1D также было нанесено на все панели и отверждено, как указано выше. Ниже приводится краткое описание систем покрытия:

     ______________________________________
         Система No.
                   Подложка Грунтовка Финишное покрытие
         ______________________________________
         1.1010 Сталь 14А 1Д
         2. 7075-T6 Al 14A 1D
         3. AZ31B-Mg 14A 1D
         4. 1010 Сталь 14Б 1Д
         5. 7075-T6 Al 14B 1D
         6. AZ31B-Mg 14B 1D
         7.1010 Сталь 14C 1D
         8. 7075-T6 Al 14C 1D
         9. AZ31B-Mg 14C 1D
         ______________________________________
     

    Панели разметали и экспонировали в течение 1000 часов в солевом тумане (метод ASTM B 117). Все системы стальной основы показали проблемы с коррозией, такие как ползучесть и ржавчина.Однако все три пигментированных активными металлами (алюминий, цинк и магний) составы очень хорошо защищали подложки из легких металлов 7075 Алюминий и AZ31B-магний, о чем свидетельствует отсутствие коррозии испытуемых образцов.

    ПРИМЕР 15

    Цинковые литые под давлением кожухи из сплава AC41A ASTM, имеющие основной состав сплава 0,25% меди, 3,5-4,3% алюминия, были покрыты покрытиями 1C и 1D, указанными в Примере 1. Цинк очищали обезжириванием паром в 1,1,1- трихлорэтаном, а затем предварительно обработали хроматированием в (Na.2 Cr 2 O 7 2 H 2 O, концентрация H 2 SO 4 в 6 мл, баланс H 2 O на 1 литр) в течение 10 секунд. Затем цинковые детали промывали холодной водой и сушили. Композицию 1C наносили в качестве грунтовки, а 1D в качестве верхнего покрытия и отверждали, как указано в Примере 1.

    Покрытый цинковый кожух фильеры разметали «X» и поместили в солевой туман ASTM B 117 на 500 часов. В конце испытания коррозии не было обнаружено. Литой под давлением корпус с аналогичным покрытием помещали в раствор для погружения 0.5% NaCl и 2,5% метанол. По истечении 500 часов коррозии не было. В каждом случае область разметки была чистой и без следов коррозии. Вдоль линии разметки не было ни сползания, ни волдырей.

    ПРИМЕР 16

    В этом примере используется комбинация пигментов хромата стронция и алюминиевого порошка размером 3-4 мкм (ESD), которые входят в состав системы акрилово-уретанового покрытия. Этот состав обозначается как композиция 16А и состоит из двух частей, которые готовят индивидуально и затем смешивают вместе, как изложено ниже.Затем этот состав отверждают при комнатной температуре.

    СОСТАВ 16A Часть A
     ______________________________________
         Хромат стронция 45,9
          ## STR4 ## 162,8
         Алкан 5219
         Акриловая смола, Акрилоид AU-568,
                                    113.9
         Rohm & Haas
         N-Бутилацетат-полиуретановый сорт
                                     97,7
         2-эктоксиэтилацетат-полиуретан,
                                     95,6
         оценка
         Шлифовка песка с равным весом песка
                                    181.6
         до 6+ дисперсности помола по Хегману,
         затем добавьте акрилоид AU-568,
         акриловая смола
         ______________________________________
     
    Часть B
     ______________________________________
         Изоцианатная смола Desmodur N-75,
                                    232. 3
         N-Бутилацетат-полиуретановый сорт
                                     28,1
         2-этоксиэтилацетат-полиуретан
                                     27,5
         оценка
         После смешивания частей A и B,
                                     0.4
         добавить силиконовое ПАВ SF-1023
         Итого 985,8
         ______________________________________
     

    Композиция 16А подходит для нанесения распылением на различные активные металлические подложки после предварительной обработки подложек. Алюминиевый сплав 2024 или 7075 подходит после обработки алодином 1200, как подробно описано в Примере 10.Это покрытие будет действовать как барьер, а также как выщелачиваемый ингибитор коррозии и реагирует с ионами.

    ПРИМЕР 17

    Хромат бария представляет собой выщелачивающий пигмент, подобный хромату стронция, однако он выщелачивает ион Cr + 6 намного медленнее. Как и хромат стронция, он пассивирует активные металлические поверхности.

    В Примере 1 хромат бария может быть заменен на основе эквивалентного объема хромата стронция в Композициях 1A и 1C. В этом случае комбинация пигментов — хромат бария и 3-4.мкм (ESD) алюминиевый порошок. Последствия использования хромата бария заключаются в том, что он должен долго работать в умеренно агрессивных средах, однако его низкая скорость выщелачивания делает его менее подходящим для очень агрессивных ситуаций. В среднеагрессивных средах вполне уместно использование хромата бария. Кроме того, могут подойти приложения службы погружения. Таким образом, в зависимости от предполагаемого применения будет сделан соответствующий выбор пигментов.

    ПРИМЕР 18

    Покрытие Составом 1С было нанесено на пружину защелки шасси, изготовленную из нержавеющей стали UNS 530200.Пружина (обычно используемая производителями самолетов) была подвергнута пескоструйной очистке с использованием абразива из оксида алюминия 100 меш, а затем пассивирована в соответствии с Федеральными техническими условиями QQ-P-35a, тип I.

    Покрытие по настоящему изобретению было покрыто герметиком Состава 1D.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *