Книга по химии для домашнего чтения

Степин Борис Дмитриевич

6.32. «ВОДОРОДНАЯ ЧУМА» ЖЕЛЕЗА

Французский химик Сент-Клер-Девилль (см. 4.51) после многолетних наблюдений сделал в 1863 г. вывод о том, что железо и сталь «не держат водород, а становятся при определенных условиях проницаемыми для этого легчайшего элемента» (см. 5.85). Неожиданные разрывы стволов артиллерийских орудий, аварии химического оборудования для процесса синтеза аммиака NH₃, где используется водород; наконец, некоторые авиационные катастрофы — все это следствия «водородной чумы» железа. Причина в том, что водород,

особенно атомарный, активно реагирует с карбидами железа — в частности, с цементитом, упрочняющим стальные изделия:

Fe₃C + 4H⁰ = 3Fe + CH₄^.

При этом структура металла изменяется, а его прочность резко падает. Надежное средство борьбы с этим вредным явлением найдено лишь в 30-х годах нашего столетия: предложено легировать стали, работающие в контакте с водородом и его соединениями, такими металлами, как титан Ti, ванадий V и молибден Mo. В этом случае в сплаве присутствуют не карбиды железа, а карбиды добавленных в сталь примесных металлов, которые устойчивы к водороду.

6.33. КАК РЖАВЕЕТ АЛЮМИНИЙ

Разрушается ли на воздухе металлический алюминий? Судя по тому, что бытовая алюминиевая посуда служит годами и даже десятилетиями…

Разрушение алюминия на воздухе возможно только тогда, когда устранена самозащита металла — уничтожена пассивирующая пленка на его поверхности. Очистим изделие из алюминия от следов жира и масла и погрузим в водный раствор нитрата ртути Hg(NO₃)₂:

2Al + 3Hg(NO₃)₂ = 2Al(NO₃)₃ + 3HgV.

Алюминий вытесняет ртуть из ее соли, и на поверхности изделия появляется тонкий слой амальгамы — раствора алюминия в ртути (см. 5.44), разрушающий пассивирующую пленку. Алюминий, растворенный в ртути, взаимодействует с влагой и кислородом воздуха, превращаясь в тонкий белый порошок или белые хлопья метагидроксида алюминия:

4Al + 2Н₂O + 3O₂ = 4AlO(OH).

Израсходованный в реакции металл пополняется новыми порциями растворяющегося в ртути алюминия — вплоть до того момента, когда вместо алюминия останется лишь его метагидроксид, содержащий мельчайшие капельки ртути.

Если амальгамированный алюминий погрузить в воду, то начинается выделение водорода:

2Al + 4Н₂O = 2 AlO(OH) + 3Н₂^.

6.34. «ХИМИЧЕСКАЯ ЧИСТКА» ОТ РЖАВЧИНЫ

При травлении стальных изделий с помощью хлороводородной кислоты HCl ржавчина [оксид Fe₂O₃ и метагидроксид железа FeO(OH)] переходят в раствор в виде трихлорида железа FeCl₃:

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O, FeO(OH) + 3HCl = FeCl₃ + 2Н₂O.

Если

после травления деталь недостаточно хорошо промыта, то оставшийся на поверхности FeCl₃ снова вызовет коррозию; хлорид железа — вещество гигроскопичное, поглощая влагу из воздуха, он подвергается гидролизу:

FeCl₃ + H₂O <-> Fe(OH)Cl₂ + HCl

(см. 6.22). Это действует так же, как обработка металла хлороводородной кислотой — идеальные условия для коррозии! Чтобы при Травлении металла с хлороводородной кислотой взаимодействовала только ржавчина, но не очищаемый материал, в травильный раствор рекомендуют добавлять ингибиторы — вещества, тормозящие процесс взаимодействия железа с кислотами, например уротропин или гексаметилентетрамин (CH₂)₆N₄ (см. 5.64). Тончайшая пленка ингибитора обволакивает только поверхность металла и предохраняет ее от контакта с кислотой, а ржавчина остается незащищенной и беспрепятственно растворяется.

6.35. ТОРМОЗ ТРАВЛЕНИЯ

Разве обязательно для удаления ржавчины с железных деталей использовать хлороводородную кислоту?

Для этой же цели можно использовать, например, ортофосфорную кислоту H₃PO₄, а иногда и азотную кислоту HNO₃. Если хотят провести постепенное травление, готовят кислотную пасту. Для этого картофельный крахмал смачивают водой, а потом добавляют в полученную массу кислоту. После снятия остатков пасты по окончании травления следует обработать поверхность металла раствором гидрокарбоната натрия NaHCO₃ (питьевой содой), это поможет удалению остатков кислоты:

3NaHCO₃ + H₃PO₄ = Na₃PO₄ + 3Н₂O + 3CO₂^.

6.36. ЧЕРНОЕ ЗОЛОТО?

Если на золотое кольцо попал иод, оно чернеет. Как его очистить?

Иод взаимодействует с золотом Au уже при обычных условиях:

2Au + I₂ = 2AuI.

Черный моноиодид золота AuI восстанавливается гидросульфитом натрия:

2AuI + NaHSO₃ + H₂O = 2Au + NaHSO₄ + 2HI.

Поэтому если подействовать на загрязненное место раствором NaHSO₃, то через 10–15 минут кольцо посветлеет.

6.37. НЕНУЖНЫЙ МАЛАХИТ

Медная посуда и бронзовые изделия покрываются со временем зеленым налетом.