防止铁生锈的方法有哪些?涨知识了


我们日常的生产和生活离不开钢铁材料 , 但是世界上每年因锈蚀而损失的钢铁数量十分巨大 。因此 , 如何保护钢铁防止其锈蚀意义重大 。

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钢铁锈蚀原理是什么?我们可以根据下图所示的小实验进行探究:在第1支试管中加入少量氯化钙(氯化钙可吸收空气中的水蒸气 , 起干燥作用) , 放入一根铁钉 , 塞紧试管口 。在第2支试管中放入一根铁钉 , 加入经煮沸并迅速冷却的蒸馏水浸没铁钉 , 再注入植物油 , 使水面上形成油层 。在第3支试管中放入一根铁钉 , 加入少量蒸馏水使铁钉的一部分浸在水中 。连续一周定时对三支试管进行观察并记录现象 。我们从实验结果可以发现第1支、第2支试管中的铁钉没有生锈 , 但第3支试管中的铁钉却生锈了 , 铁钉表面出现了红棕色的铁锈 。由此可见铁生锈需要水、氧气的参与 。
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图 探究铁生锈的条件
钢铁制品的腐蚀过程 , 是一个复杂的化学反应过程 。铁锈通常为红棕色 , 不同情况下会生成不同形式的铁锈 , 铁锈主要由氧化铁的水合物(Fe2O3·nH2O)和氢氧化铁[Fe(OH)3]组成 。钢铁表面的铁锈结构疏松 , 不能阻碍内部的铁与氧气、水蒸气等接触 , 最终导致铁全部生锈 。
你知道应如何除去铁表面的锈迹吗?常用的除铁锈方法可以分为物理方法和化学方法两类 。物理方法主要是利用打磨的方式除去铁锈 , 例如用砂纸、砂轮、钢丝刷、钢丝球等进行打磨 。化学方法主要是利用酸与铁锈发生化学反应 , 从而达到除锈的目的 。
其实 , 只需要将钢铁制品与水和氧气隔绝 , 就可以阻止钢铁锈蚀 。因此 , 防止铁生锈最简单的方法是保持钢铁制品表面光洁干燥 。防止钢铁生锈还可在其表面形成保护层 , 如涂油、喷漆、烧制搪瓷、喷塑等 。在日常生活中 , 人们经常会对车厢、水桶等采取涂油漆的措施 , 而机器需要涂矿物性油 。除此之外 , 还可以在钢铁表面采用电镀、热镀等方法镀上一层不易生锈的金属 , 如锌、锡、铬、镍等 。这些金属表面能够形成一层致密的氧化物薄膜 , 从而防止铁制品和水、空气等物质接触而生锈 。另外 , 还可以将钢铁组成合金 , 以改变其内部的组织结构 , 例如在铬、镍等金属中加入普通钢里制成不锈钢 , 有效地增加了钢铁制品的抗生锈能力 。
生活中常见的除锈剂主要成分为盐酸、稀硫酸 , 它们能与氧化铁反应 , 反应原理为:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、 Fe2O3+ 3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O 。除锈剂沿着锈层和杂质层的裂痕渗透至钢铁制品表面 , 对锈层和杂质层产生溶解、剥落作用 , 从而使锈层、杂质和氧化皮从钢铁制品表面脱落 。但是酸具有一定的腐蚀性 , 因此 , 在除锈时需要身穿防护服 。另外 , 酸与铁会产生氢气 , 遇明火会发生爆炸 , 所以 , 除锈操作时需要禁止烟火 。
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盐酸、稀硫酸都能与氧化铁反应 , 选择哪种酸进行工业除锈更好呢?在选择时主要考虑四个因素:除锈效果、酸的生产成本、酸的运输储存、使用安全环保 。
盐酸、硫酸哪一个除锈能力强?我们将带锈的铁钉分别放置于等体积、等氢离子浓度的盐酸和硫酸中 , 最后发现盐酸的除锈效果更好 。通过实验也可说明当其它条件相同时 , 稀硫酸与金属氧化物的反应速率比盐酸慢 。
那么从生产、运输以及安全使用方面比较 , 盐酸、硫酸哪一个更占优势?盐酸的工业制备是通过电解饱和食盐水先得到氢气和氯气 , 两种气体反应后生成氯化氢气体 , 经过水吸收形成了盐酸 , 氯化氢气体并不能无限制地溶解在水中 , 因此浓盐酸的溶质质量分数最多在37%左右 。而硫酸是通过高温煅烧硫铁矿先制得二氧化硫 , 二氧化硫与氧气反应后生成三氧化硫 , 三氧化硫被浓硫酸吸收成为焦硫酸 , 焦硫酸加水转成硫酸 。因此 , 从原料、制备过程以及对环境的影响上 , 盐酸优于硫酸 。浓盐酸需要密封储存在玻璃瓶或塑料桶中 , 运输则需要内部衬有橡胶的特制钢罐车 。浓硫酸的质量分数最高可以达到98% , 它的储存与运输都可以用钢制或铝制的容器 。在这方面 , 硫酸强于盐酸 。
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溶质质量分数较大的盐酸具有挥发性 , 挥发出的氯化氢气体对人体有强烈的刺激和腐蚀作用 , 而溶质质量分数低的盐酸却相对比较稳定 。浓硫酸在使用前需要进行稀释 , 稀释会产生大量的热 , 容易造成烫伤 , 并且浓硫酸的腐蚀性要远强于浓盐酸 。由此可以看出盐酸的使用较为安全 。
根据以上信息 , 显然盐酸的除锈效果更好 , 成本更低 , 使用更加安全 。另外 , 在化学实验室中我们还可以自制相对比较环保的除锈剂 。第一步 , 先将柠檬酸18g、糊精0.8g、钼酸钠3g、磷酸1.1g和水60g放入混合罐内 , 室温下匀速搅拌30 min 。第二步 , 在混合溶液中加入甘油8g , 室温下匀速搅拌10 min , 搅拌转速为25 r/min 。第三步 , 在混合溶液中加入添加剂碘化钠0.06g , 室温下匀速搅拌30min , 搅拌转速为25r/min 。
用柠檬酸代替盐酸、稀硫酸可以解决目前除锈剂污染环境的弊端 , 甘油可以加强除锈剂在金属表面的附着性能 。而且这种除锈剂除了除锈功能外 , 还具有防锈功能 。
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当然钢铁锈蚀会损失金属资源 , 但是钢铁锈蚀的原理也有有利的一面 。例如糕点包装中常使用脱氧剂 , 其主要成分包含铁粉 。脱氧剂利用铁粉生锈的原理消耗氧气 , 从而防止食品变质 。
同时 , 铁生锈是放热反应 , 人们利用该作用生产了“自热帖” 。“自热帖”的主要成分是铁粉、蛭石、活性炭、无机盐(例如食盐)、水等 。在自然条件下 , 铁进行氧化反应的速度缓慢 , 为了加快该反应的速度 , 需采用表面积大的铁粉末 。活性炭的作用是形成原电池促进反应;同时利用活性炭的强吸附性 , 在其疏松的结构中储存水 。无机盐的作用是和活性炭形成原电池促进反应 。蛭石是一种铁镁质铝硅酸盐矿物 , 可以起到储热的作用 。
【防止铁生锈的方法有哪些?涨知识了】在化学实验室中我们也可以自制“自热帖” , 按照5:2:2:2的质量比称量铁粉、活性炭、食盐、蛭石 。将称量好的铁粉、活性炭、食盐、蛭石(蛭石也可以不加)倒入烧杯中 , 加几滴水 , 用玻璃棒充分搅匀后 , 装入无纺布袋中 , 放入自封袋密封(或者使用塑封机密封) , 使用时取出即可 。另外 , 铁粉和活性炭颗粒越细(铁粉以100目为宜 , 活性炭为150目为宜)反应越快 , 升温越明显 。