kemirapport - rustbeskyttelse

Andreas J. Dyndegaard Rustbeskyttelse Kemi B

Formål

Formålet med forsøget er at undersøge korrosionsforløbet for jern. Kan man forhindre jerns oxidation med andre metaller? Og hvad med salt, har de en påvirkning af korrosionsprocessen? Det vil vi undersøge i følgende forsøg.

Kemikalier

- Kaliumhexacyanoferrat(II)/K3Fe(CN)6 (s) - Udvikler giftig gas ved kontakt med syre og er skadeligt for organismer der lever i vand. Undgå også kontakt med hud og øjne og undgå indånding.

- 1 % phenolphthalein/C20H14O4 (l) - Rent phenolphthalein kan fremkalde kræft og er ekstremt giftigt. Kan desuden skade forplantningsevnen.

- Natriumchlorid/NaCl - ingen risiko eller farer.

- Jern(II)sulfat/Fe(II)SO4 - Farlig ved indtagelse og irriterer hud og øjne.

- 1 M natriumhydroxid/NaOH - ætsende

Med disse kemikalier i lokalet er det en god ide at bruge kittel, briller og handsker.

De tre førstnævnte kemikalier blandes i to typer rustindikatorer. Først laves følgende to gange:

0,2 g K3Fe(CN)6 opløses i 100 ml vand og tilsætte 1 ml 1 % phenolphthalein-opløsning.

Den ene af disse to tilsætte 1 g natriumchlorid. Så vi har en rustindikator indeholdende salt og en uden. Disse rustindikatorer var lyst gule/farveløse.

Teori

Indikatoren indeholder phenolphthalein, som er skifter farve alt efter koncentrationen af OH-. Hvis der er en overvægt af OH- i forhold til H3O+, altså en basisk opløsning, farves indikatoren lyserød/pink. Så når jern oxideres sker følgende:

2 Fe (s )+O2 (aq )+2H 2O (l )→2F e2+¿ (aq)+4OH−¿(aq)¿ ¿

Der sker helt præcist dette:

2 Fe(s)→2F e2+¿(aq)+4e−¿¿ ¿

4 e−¿+O2 (aq )+2H 2O ( l)→4OH−¿¿¿

Nu får vi dannet OH- men ingen H3O+. Og derfor kommer der overvægt af OH- (basisk opløsning) der farver rustindikatoren lyserød. Jern(II)ionerne og hydroxidionerne bliver ved reaktion med mere oxygen til rust.

En anden indikator der findes i rustindikator er Kaliumhexacyanoferrat(II). De ioner der findes i rustindikatorerne der stammer fra stoffet er:

2


K3 Fe ¿

Når Kaliumhexacyanoferrat(II) reagerer med jern(II)ioner farves indikatoren blå. Pariserblå (eller berlinerblå). Farvestoffet pariserblåt har den kemiske formel: KFeFe(CN)6. Processen sker således:

K3 Fe(III )¿

De ioner pariserblåt indeholder er:

KFeFe ¿

Forsøget

I forsøget skal foruden kemikalierne bruges:

ståluld fire petriskåle to reagensglas reagensglasstativ engangspipette Fire jernsøm varmforzinket jernsøm kobbertråd zinkstykker

Del 1

Stålulden brugte vi til at pudse alle metaldelene (sømmene, kobbertråden og zinkstykket). Vi anbragte kobbertråden om et af jernsømmene og zinkstykket blev foldet om et andet. Vi opstillede fire petriskåle, hvori vi anbragte rustindikator. En skål med rustindikator uden salt, og de tre andre med saltholdigt rustindikator.

I petriskålen uden salt anbragte vi et jern søm og i de tre andre skåle blev de fire andre søm anbragt. En skål med varmforsinket jernsøm, en skål med jernsømmet med kobbertråd omkring, og i den sidste skål anbragte vi et almindeligt jernsøm og jernsømmet med zinkstykket omkring. Vi lader dette hvile i 5-10 min. ....

Efter de 5-10 minutters tid ser vores petriskåle således ud:

3


Øv.tv: varmforsinket jernsøm

Ne.tv: jernsøm med kobbertråd

Øv.th: jernsøm med zinkstykke og almindeligt jernsøm

Ne.th: almindeligt jernsøm i indikator uden salt.

Hvis vi tager den bagfra, kan vi se at i opløsningen uden salt er der ikke fundet nogen rustning sted. Der er hverken nogen pariserblå eller pink farve. Kigger vi på jernsømmet øv.th. kan vi se at der er både er lidt pink farve og lidt blå farve omkring. Dvs. at begge processer tråder i kraft. Vi har både en basisk opløsning omkring sømmen (d. lyserøde farve) og tilstedeværelsen af jern(II)ioner (blå farve). Den blå farve er en sikker vinder. Der dannes rust.

Hvis vi kigger på jernsømmet med zinkstykke omkring, kan vi se en stærk pink farve omkring den del af sømmet der ikke er dækket af zink. Her skal vi have fat i en proces fra tidligere:

2 Fe (s )+O2 (aq )+2H 2O (l )→2F e2+¿ (aq)+4OH−¿(aq)¿ ¿

Denne proces ville normalt fremkalde både pariserblå og pink farve, med tilstedeværelsen af både jern(II)ioner og hydroxidioner. Men da der er zink til stede, og dette metal er mindre ædelt ind jern og derfor står længere nede i spændingsrækken, afgiver det sine elektroner til jernet i følgende proces:

Zn ( s )+F e2+¿ (aq)→Fe ( s) +Z n2+¿¿¿

Da vi nu ikke længere har jern til stede, bliver der ikke dannet pariserblåt og ingen rust. Den pink farve viser der alligevel foregår en proces og at der derfor kommer en basisk opløsning ud af processen.

På sømmet med kobbertråd omkring kan vi se at der er pink farve omkring sømmet, og kigger man godt efter kan man se blåt helt inde ved sømmet. Sandheden er den at kobber er med til at accelerer rustningsprocessen, da den i modsætning til zink er mere ædelt end jern. Så der hvor zink afgiver elektronerne til jern, snupper kobberet dem fra jern, efter sin egen rustningsproces og dermed får den jernet til at oxiderer hurtigere.

I sidste petriskål er det jernforsinkede søm. Der er ikke meget at sige til det. Man kan tydeligt se at zinket beskytter jernet, da der ikke er noget pariserblåt til stede og kun ganske svagt pink.

Del 2

Det resterende saltholdige rustindikator fordelte vi i to reagensglas. I den ene tilsatte vi jern(II)sulfat og den anden 1 M natriumhydroxid. Det kom til at se således ud:

Th. indeholdende 1 M natriumhydroxid og tv. indeholdende jern(II)sulfat.

4


I indikatoren th. kan man tydeligt se tilstedeværelsen af hydroxidioner. Men det er også klart, når det kommer sammen med natrium der er letopløseligt og vi derfor får en masse ekstra hydroxidioner i væsksen.. Derfor får vi en klar pink væske.

I indikatoren tv. kan man omvendt se at der er mange jern(II)ioner, da denne er blevet pariserblå. Dette er igen meget logisk, da sulfationer næsten altid er letopløselige (og sammen med jern er de) og vi derfor frigiver en masse jern(II)ioner i væsken. Derfor får vi dannet pariserblåt.

Konklusion

Vi har nu bevist en masse ting omkring rust. Vi har bl.a. bevist at salt er en klar faktor for hastigheden af rustdannelse. I petriskåle med salt gik rustningen hurtigt, hvor imod uden salt kunne det ikke ses efter ti minutter. Dette er også grunden til at bilejere er nødt til at vaske undervognen på deres bil i foråret grundigt. Hvis ikke de gjorde det, ville bilen ruste væsentligt hurtigere.

Vi har desuden bevist kobber accelerer rustdannelse. Det så vi i petriskålen nederst th. Dette er grunden til at frihedsgudinden blev grundigt restaureret. Det yderste af statuen er nemlig kobber og skelettet er af jern. Da de var i kontakt med hinanden hjalp kobberet til rustdannelse på skelettet, så frihedsgudinden var ved at falde fra hinanden. Dette var, som nævnt, pga. at kobber er mere ædelt end jern. Og hvis kobberet blev oxideret af vind og vejr, stjal det elektroner fra jernet, der så blev oxideret og omdannet til rust.

Det er også blevet bevist at zink beskytter jerns korrosion. I modsætning til kobber, var zink med til at reducere allerede oxideret jern tilbage. Det skete ved afgivelsen af elektroner til jern, som vist tidligere.

5

kemirapport - rustbeskyttelse

Documents