خوردگی در شیمی
| دسته بندی | زمین شناسی |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 39 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 64 |
خوردگی
تغییراتی راکه در مواد در نتیجه واکنش های شیمیایی یا الکتروشیمیایی سطحی با محیط اطراف آنها ایجاد شده و باعث تخریب تدریجی قطعات می شود خوردگی نامند. مقاومت شیمیایی به عنوان قابلیت ماده از نظر ایستادگی در مقابل تخریب در اثر واکنش شیمیایی بین سطح تماس قطعه و محیط اطراف آن (اعم از مایع مانند آب ،گاز مانند( s, o2 , n o x Nh3 )جامد مانند ماده سوخت هسته ای و جدار داخلی ظرف حاوی سوخت ) تعریف شده است ، کافی نبودن این مقاومت شیمیایی یکی از دلایل برای محدود بودن طول عمر قطعات یا ماشین آلات وتجهیزات صنعتی است . بنا بر این خوردگی واکنشی نامطلوب است که سبب جداشدن تدریجی اتمها از سطح قطعه و تخریب آن میگردد .
سرعت فعل و انفعال خوردگی بستگی به عواملی مانند درجه حرارت و غلظت محیط اثر کننده خواهد داشت . البته عوامل دیگری مانند تنش مکانیکی و فرسایش میتواند به خوردگی کمک کند .
پدیده خوردگی بیشتر در فلزات و آلیاژهای آنها ظاهر می گردد ، زیرا که اغلب فلزات و آلیاژها تمایل به ایجاد ترکیباتی با اتمها یا مولکولهایی از محیط اطراف خود ( در بسیاری از حالات محیط اکسید کننده از ناپایداری کمتری برخوردار است ) که تحت شرایط موجود از لحاظ ترمودینامیکی پایدار است ، دارد.
مواد غیر فلزی مانند مواد سرامیکی ( بویژه از نوع اکسید) و پلیمری تحت تاثیر واکنشهای الکترو شییمیایی قرار نمی گیرد ، اما تحت شرایطی واکنش های شیمیایی میتواند بطور مستقیم بر روی این مواد تاثیر نموده و موجب تخریب آنها گردد .برای مثال سرامیکهای نسوز در درجه حرارتهای بالا میتواند با نمک مذاب واکنش های شیمیایی انجام دهد . پلیمرهای آلی هم میتواند با انجام واکنش شیمیایی با حلالهای آلی تخریب گردد . بعضی
اوقات هم مولکولهای آب می تواند توسط بعضی از مواد آلی جذب شده و سبب ایجاد تغییراتی در ابعاد و خواص مکانیکی آنها گردد.
مثالهایی که می توان از مشاهدات عینی روزمره خود برای خوردگی بیان نمود عبارت است از : خوردگی لوله های آب ، خوردگی بدنه اتومبیل در هوای مرطوب، خوردگی کشتی ها ، خوردگی تجهیزات و ماشین آلات در صنایع مختلف ، بویژه صنایع شیمیایی در مجاورت هوای مرطوب و یا در مجاورت با گازها ( مانند NH3 ، Nox ، H2S ، SO2 ) خوردگی شوفاژها با آب گرم ، خوردگی تجهیزات ماشین های تولید بخار و تور بین های گازی .
1-1- خوردگی الکترو شیمیایی
فعل و انفعالات خوردگی بیشتر الکترو شیمیایی است . آبی که شامل نمکهای محلول است ( مانند آ ب دریا، آب لوله کشی ، آب باران ) یکی از مایعات الکترو لیتی است که سبب انجام بیشترین واکنش های خوردگی میگردد .برای درک بهتر این این نوع خوردگی به بیان واکنشهای الکترو شیمیایی می پردازیم .
موقعی که قطعه فلزی مانند روی در مایع الکترو لیتی مانند اسید هیدروکلریک (HCL ) قرار گیرد اتمهای این فلز در اسید حل میشود یا به عبارتی دیگر توسط اسید خورده می شود . بدین ترتیب اتمهای فلز بصورت یون از فلز جدا شده و داخل الکترولیت میشود و در نتیجه جریان الکتریکی بین فلز و الکترولیت برقرار می گردد . در اینجا واکنش شیمیایی زیر به صورت اکسیداسیون در آند انجام میگیرد :
( واکنش آندی )
Zn Zn 2+ 2e-
( بداخل فلز ) (بداخل الکترو لیت ) (درسطح فلز)
و یا واکنش آندی در تولید مس( خالص) الکترودی از مس خام ( مس آندی )
(واکنش آندی 2+ + 2e- Cu C u
و بر عکس که واکنش زیر در آن فلز با گرفتن الکترون به صورت اتم فلز آزاد میشود ، واکنش کاتدی نامیده میشود :
(واکنش کاتدی)
Cu 2+ + 2e - Cu
(یون مس موجود
( رسوب در سطح خارجی الکترود) (الکترون از فلز) در الکترولیت)
واکنش شیمیایی اسید و باز
| دسته بندی | زمین شناسی |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 56 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 10 |
واکنش شیمیایی
اولین آزمایش و مشاهده برای معرفی مفهوم واکنش شیمیایی ارائه میشود که می‌توان آن را در مقطع ابتدایی انجام داد. این آزمایش کمک می‌کند بچه‌ها بفهمند چگونه اسید و باز بر هم اثر می‌کنند.
درنصف لیوان آب چند قاشق چای‌خوری جوش‌شیرین بریزید و آن را خوب هم بزنید تا محلول یکنواختی حاصل شود. در همان لیوان یک قاشق غذا‌خوری سرکه بریزید. همان طور که مشاهده می‌کنید مقدار فراوانی کف ایجاد میشود(شکل 2). چه اتفاقی اقتاده است؟
یک واکنش شیمیایی بین سرکه (یک اسید) و جوش‌شیرین (یک باز) رخ داده است. این دو ماده با هم واکنش داده و تولید نمک، آب و دی اکسید کربن می‌کنند. این گاز حباب‌های کوچکی که می‌بینید را ایجاد می کند. درکل، مواد اسیدی و بازی با هم واکنش می‌دهند و نمک و سایر مواد مثل آب و دی اکسید کربن تولید میشود. اگر می‌خواهید واکنش با سرعت بیشتری انجام شود از آب گرم (نه جوش) استفاده کنید.
نمکی که در این واکنش تولید می شود استات سدیم است :
CH3COOH + NaHCO3 = CH3COONa +H2O +CO2
CO2
H2O
CH3COONa
NaHCO3
CH3COOH
دی اکسید کربن
آب
استات سدیم
جوش شیرین
اسید استیک
اسیدها، بازها و PH
در جهان میلیون‌ها ماده‌ی شیمیایی وجود دارد. بعضی از آنها دارای خاصیت اسیدی و بعضی دیگر دارای خاصیت بازی هستند. اسیدها موادی هستند که در ترکیب با آب یون هیدروژن (+H) آزاد می کنند. بازها موادی هستند که در ترکیب با آب یون هیدروکسید (-OH) آزاد می کنند (آزاد شدن یون دراین گونه واکنش ها تفکیک نامیده میشود). یون هیدروکسید آزاد با یون هیدروژن مولکول آب تولید می کند: H+ + OH- = H2O .
در این حالت بازها تراکم یون هیدروژن را در محلول کاهش می دهند. محلولی که غنی از یون‌های هیدروژن است را اسیدی و محلولی که مقدار کمی یون هیدروژن دارد را بازی می نامند. بعضی از اسیدها بصورت جزئی تفکیک می‌شوند و به آنها اسید ضعیف می گویند؛ بعضی دیگر تفکیک کامل دارند و اسید قوی نامیده می‌شوند. بازها هم به همین ترتیب می‌توانند ضعیف یا قوی باشند.
اسیدها و بازهای رقیق که کمتر اشباع هستند فعالیت کمتری در واکنش ها دارند. میزان اسیدی و بازی بودن مواد بوسیله‌ی واحدهای PH اندازه گیری میشود. شاخص مورد استفاده محدوده‌ای بین 0 تا 14 دارد. موادی که PH پائین‌تر از 7 دارند اسید، آنهایی که PH مساوی 7 دارند خنثی و آنهایی که PH بالاتر از 7 دارند را باز می‌نامند. موادی که PH خیلی پایین دارند اسید قوی و آنهایی که PH خیلی بالا دارند باز قوی هستند. اسیدها و بازهای غلیظ بسیار خورنده و خطرناک هستند.
PH سنجشی برای میزان تراکم یا غلظت یون هیدروژن در محلول است. از آنجا که تعداد رقم‌های این کمیت بسیار زیاد خواهد شد، آن را با لگاریتم در مبنای ده نشان می‌دهند و چون این تراکم همواره از 1 کوچک‌تر است لگاریتم همیشه علامت منفی میگیرد و برای جلوگیری از نوشتن علامت منفی، قرار داد شده که همواره آن را با علامت مثبت بنویسند یک علامت منفی به آن اضافه شده). بنابراین PH ،لگاریتم غلظت یون هیدروژن است و آن را این‌گونه نشان می دهند: [+PH=-log[H
بنابراین هرگاه PH عدد کمتری داشته باشد، غلظت یون هیدروژن بیشتر است.
آب مقطر PH =7 دارد. پس چطور ممکن است که آب مقطر یون هیدروزن آزاد داشته باشد؟ این پدیده به علت تفکیک جزئی برخی از مولکولهای آب در اثر آشفتگی گرمایی است (H2O- ↔ H+ + OH). این یون‌ها بلافاصله به هم می‌پیوندند و مولکولهای دیگر تفکیک می‌شوند. به این ترتیب یک تعادل دائمی در غلظت مولکولهای تفکیک شده وجود دارد.
زه‌گیری PH
موادی وجود دارد که قابلیت تغییر رنگ دربرخورد با محیط‌های اسیدی و بازی دارند. این مواد اصطلاحا «PH indicator» ، یا معرف PH نامیده می شوند. برای مثال «فنول فتالئین» و «بروموتیمول بلو» استفاده میشود. معمولا برای اندازه‌گیری PH از کاغذهای مخصوص آغشته به معرف استفاده می کنند. این کاغذ‌ها وقتی که در محلول‌های اسیدی یا بازی فرو برده می‌شوند، بلافاصله دچار تغییر رنگ می‌شوند. در این مورد کاغذ لیتموس (یا ترنسل) برای همه شناخته شده است. (شکل 3). امروزه اندازه‌گیری PH بوسیله‌ی ابزارهای الکترونیکی مثل «PH متر» امکان‌پذیر شده است (شکل 4).
کاغذ لیتموس
لیتموس ماده‌ای است که از گلسنگ‌های خاصی بدست می‌آید.لیتموس قابلیت این را دارد که در مقابل مواد اسیدی به رنگ قرمز و در مقابل مواد بازی به رنگ آبی در آید. در بسته‌بندی کاغذ لیتموس یک مقیاس رنگی وجود دارد که رنگ کاغذ در PH مورد نظر را نشان می‌دهد(شکل3).
استفاده از کاغذ لیتموس:
استفاده از کاغذ لیتموس بسیار ساده است. ابتدا گوشه‌ی انتها‌ی کاغذ را در مایعی که می‌خواهید آزمایش کنید فرو ببرید و به سرعت خارج کنید. PH مایع با مقایسه رنگ کاغذ با جدول رنگی یا مقیاس در اختیارتان مشخص میشود.
PHمتر وسیله‌ای الکترونیکی است که بخش حبابی شکل آن حساس به غلظت یون هیدروژن موجود در محلول مورد آزمایش است. سیگنالی که بوسیله‌ی حباب ایجاد میشود تقویت شده و به نمایشگر فرستاده میشود. قبل از استفاده از PHمتر باید آن را ست (استاندارد) کرد. برای این کار الکترود آن را در محلول بافربا PH معلوم قرار می‌دهیم. اگر PH دقیق رانشان ندهد دستگاه را روی PH اسمی بافر، به کمک دکمه‌های روی نمایشگر تنظیم می‌کنیم (شکل 4(.در آزمایشی که شرح دادیم PH محلول اشباع جوش شیرین، سرکه و محلول حاصل از ترکیب این دو را به کمک کاغذ لیتموس اندازه بگیرید. اگر PHمتر در اختیار دارید آزمایش را با آن تکرار کنید.