УДК 54.620.193.4 МубаракшинаЛ.Ф., Микрюкова Е.Ю.
Мубаракшина Л.Ф.
студент 1 курса ветеринарной медицины Казанская государственная академия ветеринарной медицины
им. Н.Э. Баумана (г. Казань, Россия)
Микрюкова Е.Ю.
доцент кафедры химических наук Казанская государственная академия ветеринарной медицины
им. Н.Э. Баумана (г. Казань, Россия)
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ: ХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС С ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ПОСЛЕДСТВИЯМИ
Аннотация: в данной статье мы рассмотрим влияние коррозии металлов на окружающую среду, а также роль человеческой деятельности в усилении данного процесса. Предлагаются возможные решения проблемы коррозии металлов и необходимость принятия мер для снижения ее воздействия на окружающую среду.
Ключевые слова: коррозия, окисление, процесс, разрушение, загрязнение.
Коррозия металлов - это химический процесс, при котором металл подвергается разрушению под воздействием окружающей среды. Она имеет глобальные экологические проблемы - многие коррозионные продукты являются токсичными и могут попадать в окружающую среду, загрязняя почву и воду. Коррозия металлов обусловлена их термодинамической неустойчивостью в обычных условиях. В природе большинство металлов (за исключением благородных) существует в виде более стабильных химических соединений (руд), обладающих меньшей энергией. Склонность металла к коррозии, то есть к
1954
самопроизвольному окислению, определяется величиной изменения энергии Гиббса (АО) для этого процесса. Процесс возможен лишь при отрицательном значении АО (АО <0), указывающем на уменьшение термодинамического потенциала системы. Положительное значение АО (АО> 0) свидетельствует о невозможности самопроизвольной коррозии.
Электрохимическая коррозия:
Механизм: Этот тип коррозии происходит в присутствии электролита (водного раствора солей, кислот или щелочей). Металл образует множество микроскопических гальванических элементов. На одних участках поверхности (анодных) металл окисляется, отдавая электроны. Эти электроны по металлу перетекают на другие участки (катодные), где происходит восстановление окислителя из окружающей среды.
Ионы металла, образовавшиеся на аноде, взаимодействуют с анионами электролита, образуя продукты коррозии (например, ржавчина -гидратированные оксиды железа).
Бе ^ Бе2+ +2е- - на анодных участках,
02 + 2Н20 + 4е- ^ 40Н- - на катодных участках,
Бе2++ 20Н- ^ Бе (0Н)2 - химическая реакция,
Бе (0Н)2 + 2Н20 + 02 ^ Бе (0Н)3 - окисление кислородом,
Бе (0Н)3 ^ Бе203 + Н20 - образование ржавчина
Условия: Необходимы: металл, электролит и окислитель (чаще всего кислород).
Примеры: Ржавление железа, коррозия меди в морской воде.
Факторы, влияющие на скорость: Природа металла и электролита, концентрация окислителя, температура, наличие ингибиторов коррозии, состояние поверхности металла.
Химическая коррозия:
Механизм: Этот тип коррозии происходит без образования гальванических элементов, обычно при высоких температурах или в среде,
1955
которая не содержит электролита (например, сухая атмосфера). Это прямая реакция металла с окружающей средой, например: Бе + О2 ^ Бе20з О >300оС), Бе + Н^Б ^ FeS (t >260оС),
Условия: Необходимы: металл и непосредственно реагирующая среда (например, газ или неводный раствор).
Примеры: Окисление металлов при высоких температурах (образование оксидной пленки на поверхности), взаимодействие металлов с галогенами (хлор, бром).
Факторы, влияющие на скорость: Природа металла и окружающей среды, температура, давление.
Причины появления коррозии:
Причина коррозии - термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей, с ними среде. Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз металл-окружающая среда, т.е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлами. В результате коррозии металлы переходят в устойчивые соединения, (оксиды или соли) в виде которых они находятся в природе. Так же к причинам появления коррозии можно отнести: Длительное пребывание во влажной среде, Резкие перепады температур, Остаточные жировые пятна, Трение между поверхностями металлических изделий, Некачественная механическая обработка.
Коррозия в условиях окружающей среды.
В естественных условиях окружающей среды наиболее важную роль обычно играют такие виды коррозии, как атмосферная коррозия, подземная коррозия и подводная коррозия. Биологическая коррозия (биокоррозия) способна активно проявляться практически в любых условиях биосферы и очень часто протекает совместно с указанными выше видами коррозии, как правило, существенно усиливая их. В промышленно-урбанизированных,
1956
горнопромышленных и сельскохозяйственных районах коррозионные процессы нередко существенно интенсифицируются различными техногенными факторами, изменяющими геохимические условия и тем самым увеличивающими коррозионную активность (агрессивность) окружающей среды.
Атмосферная коррозия.
Атмосферная коррозия, являясь естественным процессом окисления металлов в атмосфере, представляет собой значительную экологическую проблему по нескольким причинам: Загрязнение почвы и воды: Продукты коррозии, часто содержащие токсичные тяжелые металлы (свинец, кадмий, цинк, хром и др.), попадают в почву и водные системы. Это приводит к загрязнению почвы, снижению ее плодородия, а также загрязнению источников питьевой воды и гибели водных организмов. Выщелачивание токсичных ионов из корродирующих материалов может быть особенно интенсивным при кислотных дождях. Загрязнение воздуха: Некоторые продукты коррозии, такие как оксиды серы и азота, образующиеся в результате коррозии металлов, содержащих серу и другие примеси, попадают в воздух, ухудшая качество воздуха и способствуя образованию смога. Это негативно сказывается на здоровье человека и окружающей среде. Ущерб для экосистем: Повреждение металлических конструкций, вызванное атмосферной коррозией, может привести к разрушению инфраструктуры (мостов, зданий, трубопроводов), что может иметь серьезные последствия для экосистем. Например, разрыв трубопровода может привести к разливу нефти или других опасных веществ, наносящим непоправимый ущерб окружающей среде. Выбросы парниковых газов: Производство новых металлов для замены корродированных требует значительных энергетических затрат, что приводит к выбросам парниковых газов и усугубляет проблему глобального изменения климата.
Подземная коррозия.
Подземная коррозия, хотя и менее заметна, чем атмосферная, представляет собой серьёзную экологическую проблему, последствия которой
1957
могут быть весьма масштабными и долгосрочными: Загрязнение грунтовых вод: Продукты коррозии металлических объектов, таких как нефте- и газопроводы, хранилища топлива и другие подземные сооружения, легко растворяются в воде и загрязняют грунтовые воды. Это загрязнение может включать тяжёлые металлы (свинец, кадмий, цинк, хром, железо и др.), нефтепродукты, соли и другие вредные вещества. Загрязнённые грунтовые воды непригодны для питья и орошения, угрожая здоровью человека и экосистемам. Загрязнение почвы: Помимо загрязнения грунтовых вод, продукты коррозии накапливаются в почве вокруг повреждённых металлических объектов. Это приводит к изменению химического состава почвы, снижению ее плодородия, и нарушению естественных процессов в экосистемах. Токсичные вещества могут накапливаться в растениях, попадая в пищевую цепь. Разрушение экосистем: Разрушение подземных сооружений из-за коррозии может привести к утечкам опасных веществ, таких как нефть, химикаты, радиоактивные отходы. Это вызывает масштабные экологические катастрофы, приводящие к гибели флоры и фауны, загрязнению больших территорий и длительному восстановлению экосистем. Сложность обнаружения и устранения: Подземная коррозия часто протекает незаметно до тех пор, пока не произойдёт авария или серьёзное повреждение. Обнаружение и устранение последствий подземной коррозии — сложная и дорогостоящая задача, требующая специальных технологий и оборудования.
Подводная коррозия.
Подводная коррозия - разрушение металлических конструкций в водной среде, является серьёзной экологической проблемой с множеством негативных последствий: Загрязнение воды: Продукты коррозии, такие как оксиды металлов, ионы тяжёлых металлов (свинец, кадмий, цинк, медь и др.), а также другие вещества, содержащиеся в корродирующих материалах, загрязняют водную среду. Это особенно опасно в морских экосистемах, где тяжёлые металлы накапливаются в организмах морских животных, попадая в пищевую цепь и угрожая здоровью человека (через употребление морепродуктов) Ущерб
1958
морской фауне: Токсичные продукты коррозии могут непосредственно повреждать морскую флору и фауну, вызывая гибель организмов или нарушая их жизнедеятельность. Металлические частицы могут забивать жабры рыб и других водных животных, вызывая их удушье. Изменение качества воды: Коррозия может изменить химический состав воды, изменяя ее кислотность фН), содержание растворённого кислорода и другие параметры, что негативно сказывается на водных организмах.
Минимизации экологических проблем, связанных с коррозией.
1. Разработка и применение коррозионностойких материалов: Использование новых сплавов: Разработка и применение новых металлов и сплавов с высокой коррозионной стойкостью снизит скорость коррозии и уменьшит количество продуктов коррозии, попадающих в окружающую среду. Покрытия: Применение защитных покрытий на металлические поверхности (например, оцинкование, анодирование, порошковое напыление, лакокрасочные покрытия) эффективно замедляет коррозию и предотвращает попадание продуктов коррозии в окружающую среду.
2. Улучшение методов защиты от коррозии: Катодная защита: Применение катодной защиты, электрохимического метода предотвращения коррозии, эффективно для защиты металлических сооружений, находящихся в контакте с электролитом (например, подземные трубопроводы, морские конструкции). Ингибиторы коррозии: Использование ингибиторов коррозии, веществ, замедляющих коррозию, в различных средах (например, добавление ингибиторов в охлаждающие жидкости, смазки). Выбор ингибиторов должен учитывать их экологическую безопасность.
3. Снижение уровня загрязнения атмосферы: Ограничение выбросов загрязняющих веществ: Снижение выбросов диоксида серы ^02) и оксидов азота (N0x), которые являются основными причинами кислотных дождей, ускоряющих коррозию, является важнейшим шагом. Это достигается путём совершенствования технологий сгорания топлива, использования более чистых
1959
источников энергии (возобновляемые источники энергии), а также внедрения более строгих экологических норм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Коррозия и защита металлов от коррозии: учеб. пособие для студентов технических специальностей / Ю. П. Перелыгин, И. С. Лось, С. Ю. Киреев. - 2-е изд., доп. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2015. - 88 с;
2. Янин Е.П. Коррозия как источник загрязнения окружающей среды. - М.: НП «АРСО», 2020. - 112 с;
3. Коррозия и защита металлов: Учебно-методическое пособие (для студентов IV курса химического факультета) / Сост. доц. В.А. Мухин. - Омск: Омск. гос. унт., 2004. - 112 с;
4. Н.А. Азаренков, С.В. Литовченко, И.М. Неклюдов, П.И. Стоев. Коррозия и защита металлов. Часть 1. Химическая коррозия металлов. Учебное пособие. -Харьков: ХНУ, 2007, 187 с
1960
Mubarakshina L.F., Mikryukova E. Yu.
Mubarakshina L.F.
Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N.E. Bauman (Kazan, Russia)
Mikryukova E.Yu.
Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N.E. Bauman (Kazan, Russia)
METAL CORROSION: CHEMICAL PROCESS WITH ECOLOGICAL CONSEQUENCES
Abstract: in this article we will consider the impact of metal corrosion on the environment, as well as the role of human activity in enhancing this process. Possible solutions to the problem of metal corrosion and the need to take measures to reduce its impact on the environment are proposed.
Keywords: corrosion, oxidation, process, destruction, pollution.
1961