Сабақтың мақсаты: «Металдардың жемірілуі жайлы ұғым, жемірілуден қорғау әдістері»

- оқушыларда зерттелген тақырып туралы бейнелі түсінік қалыптастыру үшін жағдай жасау (мазмұнды, ұжымдық және әдістемелік);

№1 түтік – натрий хлориді ерітіндісі + темір шеге

№2 түтік – су + темір шеге

№3 түтік – натрий хлориді ерітіндісі + мыс сыммен оралған темір шеге

№4 түтік – натрий хлориді ерітіндісі + темір шеге + цинк

Сабақтың барысы

Мұғалім сабақтың тақырыбы мен мақсатын баяндайды.

Бұл кезеңде:

• берілген тақырыптағы ең күрделі мәселелерге оқушылардың назарын аудару, жинақтап қорыту;

• зерттелген тақырыпқа тұрақты қызығушылығын тудыру, оқушыны сабақтан тыс уақытта және сабақта белсенді оқу қызметіне бағыттау.

Қолданылатын әдістемелік тәсіл «Кластерді құрастыру».

Мұғалім. Балалар, парақтың ортасына «жемірілу» сөзін жазыңыздар. Бұл сөзді еске түсіргенде қандай ассоциация пайда болады? Жемірілу сөзімен байланысты түсініктерді (жеке сөздер немесе сөз тіркесі ретінде) осы жемірілу сөзін айналдыра орналастырып, дәптерлеріңізге жазыңыздар.

Бұл жұмысқа 2-3 минут жұмсалады. Әрі қарай мұғалім кезекпен барлығынан сұрай отырып, қайталауды болғызбай оқышылардың жауаптарын тақтаға сызбанұсқа түрінде көрсетеді. (сызбанұсқа):

металдар

тұздар оттегі

тат қышқыл

Мұғалім. Металдардың жемірілуі – бұл металдар мен құймалардың сыртқы орта жағдайлары әсерінен өздігінен пайда болатын процесс (лат. сorrosio – кемірілгіш). Балалар, сіздерге ұсынылған сызбанұсқаға қараңыздар және сызбанұсқадан жемірілуді, жемірілуді тудыратын қоршаған орта жағдайларын және жемірілу нәтижелерін талқыға салатын бір сөзді таңдаңыздар.

Оқушы. Жемірілу заты – металдар

Қоршаған орта жағдайлары – ылғал, ауа, қышқылдар, тұздар.

Жемірілу нәтижелері – тат, бүліну.

Мұғалім. Жемірілу металдарды қайтып қалпына келмейтін үлкен шығынға келтіреді. Жыл сайын өндірілетін темірдің 10%-ға жуығы түгелдей бүлінеді. Металды құрылыстар, ауылшаруашылық және тасымалдау машиналары, өнеркәсіптік аппараттардың жиынтығының бүлінуі, тұрып қалу, апаттар, өнім сапасының нашарлауы себебінен болады. Сондықтан металл бетінде жемірілуге қарсы қорғаныстың болуы маңызды. Оған сауатты қорғанысты қамтамасыз ету үшін жемірілу процесі туралы толық ақпаратты меңгеру қажет. Осы кері процесс туралы өзіміздің түсінігімізді сабақта толықтыруымыз керек. Бүгінгі сабақ барысында сіз қандай сұрақтарға жауап алғыңыз келеді?

Жорамалды сұрақтар:

Метелдардың жемірілуіне қоршаған ортаның қандай факторлары әкеліп соғады?

Қоршаған ортаның қандай шарттарында жемірілу күшейеді?

Жемірілу қандай зардаптар әкеледі?

Металл құрылыстарын жемірілуден қалай қорғауға болады?

Мұғалім. Балалар, қандай жағдайларда металдар мен құймалардың жемірілуі біліне бастайды және жемірілудің қандай түрлері бар? Бұл сұрақ бойынша тірек конспектісімен жұмыс жасау қажет. «Борт журналы» тәсілін пайдаланып, оқылған материалды дәптерге кесте түрінде әбден ашығына жетіп жазып қойыңыздар.

1 сұрақ. Сыртқы ортаның әсерінен сендерге таныс емес тағы қандай дәйектер жемірілуге әкеліп соқтырады?

Жауап. Жемірілу газдардың, мысалы сутектің қатысында пайда болуы мүмкін. Болаттың сутекпен қанығуы оның беріктігін төмендетеді, тіпті бұзылуына әкеліп соқтырады. Жемірілудің пайда болу себептерінің бірі металл құрылымдарына түсетін және металды ерітетін топырақ немесе су ертінділеріндегі электр тізбегінен ток бөлігінің жайылуы кезінде пайда болған қаңғыма токтар болуы мүмкін. Жемірілу радиациялық сәулелену, сонымен қатар бактериялар мен басқа да ағзалардың тіршілігінің өнімдері әсерінен де пайда болуы мүмкін

2 сұрақ. Сыртқа ортаның әсерінен қандай дәйектер химиялық жемірілуге әкеліп соқтырады?

Жауап. Металдардың химиялық жемірілуі ылғалды ауада, металдардың құрғақ газдармен немесе бейэлектролитті сұйықтықтармен (бензин, керосин және т.б.) жанасуы кезінде пайда болады. Оны металдарды жоғары температурада өңдеу кезінде байқауға болады.

3 сұрақ. Кейбір металдардың үстіңгі қабатында пайда болатын оксидті қабықшалар қандай маңызға ие?

Жауап. Металдардың көпшілігі ауадағы оттегімен металдардың бетіне оксидті қабаттарды түзе отырып тотығады. Егер қабықша берік, тығыз және металмен жақсы байланысқан болса, онда ол оны әрі қарай жемірілуден қорғайды. Мұндай қабықшалар мырышта, алюминийде, хромда, никельде, қалайыда, қорғасында және т.б. пайда болады. Өкінішке орай, темірде ол борпылдақ, кеуек қуысты үстіңгі қабаттан жеңіл бөлінеді, сондықтан қорғауға қабілетті емес.

4 Сұрақ. Сыртқы ортаның қандай дәйектері электрохимиялық жемірілуге әкеліп соқтырады?

Жауап. Электрохимиялық жемірілу электролиттер (қышқыл, сілті, тұз ерітінділері) ортасында көрініс береді. Ереже бойынша, металдар мен құймалардың құрамы бірдей емес, басқа да қоспалар болады, сондықтан электролит ерітіндісіндегі металдар электродтарға айналады. Неғұрлым белсенді металдар анодтың қызметін атқарып, бірінші кезекте жеміріледі. Электрохимиялық жемірілу қаңғыма токтардың әсерінен де пайда болуы мүмкін.

Мұғалім: Балалар, металдардың жемірілуі бойынша жасалған тәжірибе нәтижелерін қарап, мына сұрақтарға жауап беріңіздер. Алдын ала дайындалған (4-5 күн бұрын) үлгілер:

№1 түтік – натрий хлориді ерітіндісі + темір шеге

№2 түтік – су + темір шеге

№3 түтік – натрий хлориді ерітіндісі + мыс сыммен оралған темір шеге

№4 түтік – натрий хлориді ерітіндісі + темір шеге + цинк

5 сұрақ. Әрбір түтіктен жемірілудің қандай түрлерін байқадыңдар?

Жауап. №2 түтікте химиялық жемірілу, қалған түтіктерде электрохимиялық жемірілу байқалады.

6 сұрақ. №1,3 және 4- түтіктердегі процестерді салыстырыңдар.

Жауап. № 1 және № 3 түтіктерде темірдің жемірілуі байқалады және қоңыр түсті тат тұнбасы түседі. №3 түтікте қоңыр тат көп мөлшерде түседі, себебі белсенділігі аз мыспен жанасуы кезінде темір біраз жемірілуге ұшыратады. Мырыш темірден белсендірек және онымен әрекеттесу кезінде бірінші кезекте жемірілетіндіктен, №4 түтікте мырыш гидроксидінің ақ тұнбасы түзілді

Мұғалім. Металдардың коррозияға ұшырауы күрделі қиындықтарды туғызады. Мысалы, Москвадағы «Ленинские горы» стансасы мен метрокөпірін салу барысында бетонға натрий хлоридінің аса көп мөлшерін қосқан. Ондағы мақсат әлі ұстаспаған бетонның қатып қалмауына жол бермеу болатын. Станса өте аз уақыттың ішінде (бар болғаны 15ай) салынды да 1959 жылы 12 қаңтарда ашылды. Бірақ натрий хлоридін қосу болат арматурдың жемірілуіне әкеп соқтырды. Нәтижеде темір құрылғының 60 % жемірілуге ұшырады. Станса жабылып, оны қайта салу 10 жылға созылды.

Мұғалім: Мен дәптеріңізді ашып, металдарды жемірілуден қорғау тәсілдерін жазып алуларыңызды өтінемін. Химия оқулығынан §32 «Металдардың жемірілуі және онымен күресу жолдары» тақырыбын оқып (Химия 9 сынып «Мектеп» баспасы 2009), шешімін табуға тиісті бірнеше тәжірибелік жағдаяттар беріледі.

Мұғалім: Болат құрылғылардың жоғарғы бетінің ауа әсерінен жемірілуі мүмкін болатын бірнеше тәсілдерін ұсыныңдар.

Оқушы: Болат құрылғылардың ауа әсерінен жемірілуден қорғау үшін оның жоғарғы бетін бейметалл лакпен сырлау, минералды майлармен, жұқпалармен қаптау арқылы қорғауға болады. Лакты қаптағыштар сенімді болу үшін болаттың жоғарғы қабатын алдын ала ортофосфор қышқылымен және оның тұздарының жемірілу өнімдерінен, ластан тазартып алу керек. Олар оксид қалдықтарын ерітіп жібереді және мықты да берік фосфатты қабыршақ қорғағыш қалыптастырады. Металдық қорғау тәсілін де қолдануға болады. Ол үшін болаттың жоғарғы қабатын басқа металдармен қаптауға болады. Қышқылдардың әсерінен тұрақты қабыршақ (цинкілеу, никельдену, жинақталу) қалыптасады.

Мұғалім. Жерасты су құбырларын қалау жемірілуден қорғау және оны пайдалану мерзімін ұзартуға болады?

Оқушы. Мұнда қорғаудың қолдампаздық тәсілін қолдануға болады. Яғни, қорғалатын металл құрылғыға өте белсенді металдың ұсағын қосу керек, ол анод қызметін атқарады да электролиттің қатысуында бұзылады. Болат құрылғылардың қолдампаздығы ретінде әдетте магний, алюминий, цинк металдарын қолдануға болады. Жемірілуден қорғаудың басқа да жолдары бар. Онда металды қондырғыға тоқ шығараын сыртқы катодына жалғайды. Ол анодты бұзылуынан сақтайды.

Мұғалім. Металл цистерналарды, яғни тұз ерітінділеріне күкірт қышқылын тасымалдайтын ыдыстарды жемірілуден қалай қорғауға болады?

Оқушы. Ол үшін электролитке ингибитор қосамыз, ингибитор металға әсер етіп, оның қоршаған ортаға, қышқылға деген белсенділігін төмендетеді.

Бұдан шығатын негізгі қорытындылар:

• 
  Алған ақпаратты қорытындылай білу және өзіндік ой елегінен түгелдей өткізу мүмкіндігіне ие болады.
  
• 
  Жаңа білімді игереді, жаңа ақпарат алады.
  
• 
  Өтілген материал бойынша әрбір оқушыда өзіндік ой қалыптасады. Рефлексия деңгейінде «кластар құрастырудың» мәні зор. Ол дұрыс емес ұсыныстарды жөндеуге немесе оларды «алғашқы кластр» бойынша анықтайды.
  

электролиттер ингибиторлықорғағыш

Адасқан тоқтар қорғағыш қабыршықтар

Ылғал+оттегі қолданымпаздық қорғағыш

Құрғақ газ Катодты қорғағыш

Бейэлектролиттер Жаңа материалдар жасау


Қосымша 1

Қоршаған ортаның әсерінен металдардың бұзылуын жемірілу дейміз. Жемірілу – коррозия – латын тілінен шыққан – «corrodo» - кемірілгіш (кейінгі латынша «corrosion» бүліну мағынасын білдірді). Негізінен сутегіден солға қарай орналасқан, оның ішінде темір де металдың жемірілуіне ұшырайды.

Жемірілудің салдарынан темір тотығады. Бұл өте күрделі үдеріс, сондықтан бірнеше түрлі деңгейлерден көрсетуге болады:

4Fe + 6 H₂O (ылғал) + 3O₂ → 4 Fe (OH)₃

Темір (ІІІ) гидроксиді өте тұрақты. Судан тез арылады да темір (ІІІ) оксидіне айналады. Бұл түзіліс темірдің үстіңгі қабатын (бетін) тотығудан қорғай алмайды. Нәтижеде темір түгелдей бұзылады.

Көптеген металдар, оның ішінде белсенділері де жемірілуге ұшырауда оксид қабыршағымен тығыз, жақсы қапталады, ол металдардың түпкі қабаттарының бұзылмауын сақтап қалады. Егер бұл қабыршақты алып тастасақ металл ауадағы оттегімен және ылғалмен өзара әрекетке түседі. Металдардың жемірілуі құрғақ газдан да болады. Металдардың сутегіден жемірілуін 12-ші ғасырда анықтаған француз инженері Сент Клэр Девиль қарулардың үңгілерінің кенеттен ыдырап бұзылуының себебін зерттеген. Химиялық зерттеу нәтижесінде металдың құрамынан сутегін анықтаған. Девиль сутегі тасымалының болуы болат беріктігінің кенеттен бұзылуының себебі деген қорытындыға келді.

Қозғағыштардың бөлшектері мен ұштары, газ құбырлары, ракета қондырғылары бейэлектролит сұйықтықтармен (бензин, керосин, т.б.) әрекетке түскенде жарамдылық қасиетінен тез айрылады, яғни тез жемірілуге ұшырайды.

Біз бұл жағдайлардың бәрінде химиялық жемірілу құбылысына куа болдық. Металдардың химиялық жемірілуі – бұл қоршаған орта әсерінен бұзылу.

Жемірілу электролиттік ортада кең тараған. Кейбір металдардың технологиялық үдерісі электролиттердің балқуында көрінеді. Бірақ та жемірілу электролит ерітінділерінде жиі байқалады. Қар мен мұзды жою мақсатында тұзды қолдану металдардың тез бұзылуына соқтырады. Электролиттік ортада химиялық қана емес, электрохимиялық түрі жасалады.

Металдардың электрохимиялық жемірілуі – электрлі электролиттік ток әсерінен. Металл мен балқу түрлі қоспалардан тұрады. Электролиттік ортада кейбір металдардың үстінгі қабыршағы (белсенділігі күштірек металл) анод ролінде ойнайды да тез бұзылады, электрондарынан айырылады. Металдардың – катодтары өзін сақтап қалады, олардың үстінгі қабыршағында теріс зарядтар мөлшерден тыс артады. Сондықтан электрохимиялық жемірілуде тотығу – өз қалпына келу үдерісі әрекетке түсетін металдардың арасында электролиттік ортада сақталады. Жемірілу жылдамдығы күшейген сайын, температура күшейген сайын металдар белсенділігі айқындала түседі. Электрохимиялық жемірілу адасқан токтардың әсерінен де болуы мүмкін, электр желілерінің ақауынан қашқан тоқтар жинақталған су ерітінділерімен әрекеттеседі де металл қондырғылардың бұзылуна соқтырады.