KorrosionsbeskyttelseTilvrket af J.Hostrup Kemi B - 2010

IndholdIndledning.............................................................................................................................................1 Teori.................................................................................................................................................1 Forsget................................................................................................................................................2 Apparatur.........................................................................................................................................2 Kemikalier.......................................................................................................................................2 Procedure.........................................................................................................................................2 Kontrolforsg.......................................................................................................................................4 Pvisning af hydroxid-ionen............................................................................................................4 Pvisning af ferro-ionen...................................................................................................................4 Databehandling.....................................................................................................................................5 Konklusion...........................................................................................................................................6

IndledningI denne rapport vil vi se nrmere p dannelsen af rust, samt hvilke redoxreaktioner der foregr, og hvad der betinger disse processer. Vi vil bl.a. benytte rustindikatoren kalium(III)cyanoferrat, K3Fe(CN)6, for at synliggre den vandring af Fe2+ ioner der finder sted i vandige oplsninger, hvor atmosfrisk oxygen har indvirkning p systemet. Rustindikatoren tilsttes endvidere en mindre mngde phenolphthalein, der vil have til forml at pvise dannelsen af base i pH omrdet |pH8.2-10.0| ved et farveomslag fra farvels, til rdt

TeoriDet er srligt dannelsen af den strke base O2, oxidionen, vi vil have fokus p i denne rapport. Denne ion dannes, idet et iltatom fra atmosfrens oxygen optager 2 elektroner som afgives fra jernet. Oxidionen kan ikke eksistere frit i vandige oplsninger fordi den jeblikkeligt forener sig med vand, hvorved hydroxidionen dannes. Vi vil kort beskrive dannelsen af berliner-blt som er en kompleks ion afledt af cyanoferrationen, Fe(CN)63. Denne ion dannes nr, den negative cyanoferration optager et positivt jernatom. Der foreligger en dynamisk ligevgt mellem cyanoferrationen og jernionen; Fe ++[Fe(CN)6 ]3

Fe 3+ [Fe(CN)6 ] 4-

Jeg vil ikke komme nrmere ind p dette emne, da det ikke er aktuelt for forsget. Det bl farveomslag vil kunne tjene som indikator for dannelsen af den positive jern(II)ion. Vi vil ligeledes se p, hvad NaCl gr for transporten af elektroner i vandige oplsninger.

Tilvrket af J.Hostrup

Rustbeskyttelse

side 1 af 6

ForsgetTil forsget vil vi gre brug af en rkke kemikalier samt forskelligt apparatur. Vi arbejdede i grupper af cirka 3 elever p hvrt hold. Vi bar under forsget handsker, kitler og sikkerhedsbriller. De tilbageblevne kemikalier blev opsamlet i en dertil indrettet opsamlingsdunk med mrket 'basisk affald'. Rustindikatoren er ogs kendt under navnet ferroxyl.

Apparatur Petriskle, 2 stk. Reagensglas, 2 stk. Stativ til reagensglas Engangspipette

Kemikalier Rustindikator, 0.0060M K3Fe(CN)6 Rustindikator, 0.0060M K3Fe(CN)6 Jernsm, 4 stk. Forzinket jernsm, 1 stk. Kobbertrd Zinkstykke Jern(II)sulfat 1.0M NaOH tilsat NaCl + 1 mL 1% phph opl. uden NaCl + 1 mL 1% phph opl.

Procedure2 petriskle blev placeret p et hvidt stykke papir. En mngde af de 2 forskellige typer rustindikator blev tilsat petrisklene, og mrket hhv. -NaCl og +NaCl. Til sklen mrket med -NaCl blev der tilsat et umanipuleret jernsm. Til sklen mrket med +NaCl blev der tilst 4 forskellige sm; 1. et umanipuleret jernsm 2. et jernsm med kobbertrd omkring 3. et forzinket jernsm 4. et jernsm i kontakt med et zinkstykke Systemerne fik lov at st i cirka 10 minutter, og de iagttagne observationer blev noteret. se nste side.

Tilvrket af J.Hostrup

Rustbeskyttelse

side 2 af 6

Svagt tegn p dannelse af OH Ingen synlige tegn p iondannelse

Tegn p dannelse af Fe ++

Tegn p dannelse af OH Tegn p dannelse af Fe ++

Ill. 1.aEfter ca. 10 minutters forlb

Ill. 1.b

Efter ca. 5 minutters forlb

Som det ses p billederne overfor, er der tale om en synbar reaktion forholdsvist tidligt i forlbet. Den rde farve indikerer som tidligere nvnt, en pH-vrdi i omrdet 8.2-10 eller derover, hvilket tyder p at en elektronoverfrsel har fundet sted. Zink str til venstre for jern i spndingsrkken, hvorved zink hellere vil p ionform end jern.

ZnFe 2+ 2 e -

Zn 2 e

2+

-

Fe

Ill. 1.c

I sklen til hjre verst p siden (Ill. 1.a og 1.b), ser vi efter 10 minutters forlb stadigvk ingen umiddelbare tegn p ion-dannelse. Hastigheden hvormed ionerne dannes, m derfor vre direkte forbundet med tilstedevrelsen af natriumklorid i oplsningen. NaCl letter konduktiviteten i vandet, eftersom saltet spaltes i Na+ og Cl. Elektronerne kan sledes lettere transporteres i vsken, hvorved rustdannelsen forlber langt hurtigere end hvis saltet ikke er tilstede. Jernsmmet vil dog med tiden begynde at underg en oxidation. I tilfldet hvor kobbertrden er viklet omkring jernsmmet, burde vi strengt taget se en vsentligt hurtigere dannelse af Fe++ ionen end tilfldet er hos de andre jernsm. Grunden til at dette ikke kunne observeres, skyldes dels at kobbertrden ikke er viklet rundt langs hele smmet (ringe kontakt), men srligt fordi kobbertrden kun er i yderst ringe kontakt med selve vsken. Kobberets funktion er at fungere som en elektron-pumpe for transporten af elektroner fra jernet og ud i resten af vsken.

Tilvrket af J.Hostrup

Rustbeskyttelse

side 3 af 6

Dannelsen af Fe2+ i vsken indikeres ved den bl farve, som skyldes dannelsen af det dobbeltkernede komplekssalt med navnet berliner blt, som dannes af cyanoferrationen, Fe(CN)63. Reaktionsskemaet for denne reaktion kan kort skrives sledes; Fe 2+ Fe(CN)36gul

FeFe(CN)-6bl

KontrolforsgVi lavede ligeledes nogle kontrol forsg, for at se de korrekte farveomslag afhngigt af hvilke ioner der er tale om i oplsningen. Forsget blev udfrt i 2 reagensglas, tilsat en lille mngde ferroxyl.

Pvisning af hydroxid-ionenTil det frste reagens blev der tilsat en mngde 1.0M NaOH hvorved et rdt farveomslag kunne observeres. Dette sker i overensstemmelse med at der er base tilstede.

Pvisning af ferro-ionenTil det andet reagens blev der tilsat en spatelfuld FeSO4 hvorved et blt omslag i farven kunne observeres. Dette sker i overensstemmelse med, at jern(II)sulfat spaltes i Fe2+ og SO42.

Tilvrket af J.Hostrup

Rustbeskyttelse

side 4 af 6

DatabehandlingJeg vil i dette afsnit sammenfatte de reaktioner der foregr under de forskellige processer vi har set p. Mit hb er derved at kunne gre det mere overskueligt. Vi har ikke arbejdet med egentlige talstrrelser, hvorfor der udelukkende er tale om reaktionsligninger og ingen formler. Spaltningen af det rde stof kaliumcyanoferrat i vand, samt dannelsen af berliner blt med jernionen; K 3 Fe(CN)6Fe Fe(CN)62+ 3-

3K Fe(CN) 6 FeFe(CN)6(Berliner blt)-

+

3-

Vands optagelse af oxygen fra atmosfren; O2 e O H2 O2-

2 OH -

Rustdannelse i fugtigt milj;2 FeO 2H 2 O

2 Fe2+ 4 OH4 FeO(OH)2 H 2 O(rust)

4 Fe 8 OH O2 Rustdannelse under vandfrie betingelser;4 Fe3 O 2

2+

-

2 Fe2 O3(rust, anhydrat)

Elektroninteraktion mellem jern+zink;Zn

Zn 2 e

2+

-

Zink afgiver som flge af sin placering til venstre for jern i spndingsrkken. sine elektroner fr jern. Man 'ofrer' s at sige zinken for at bevare jernet. Zink danner et meget tyndt lag af Elektron-'udtrkning' fra jern med kobber; CuFe

CuFe 2 e

2+

-

Tilvrket af J.Hostrup

Rustbeskyttelse

side 5 af 6

KonklusionMed tilblivelsen af denne rapport, er det blevet synligt hvad der sker elektrokemisk set, nr rustfasen pbegyndes. Vi har set p dannelsen af komplekse ioner samt hvilken indflydelse spndingsrkken har i forbindelse med beskyttelse af jern. Vi har ligeledes set effekten af hvad en forgelse i ledningsevne kan betyde for korrosionen af jern, samt hvilke metoder der kan anvendes til at beskytte jernet mod oxidation. Vi har ligeledes set hvordan phenolphthalein fungerer som indikator for base, og fundet, at kaliumcyanoferrat forbindelsen kan bruges til pvisning af jern(II)ioner.

J.Hostrup, lrdag den 11. september 2010

Tilvrket af J.Hostrup

Rustbeskyttelse

side 6 af 6