Что такое ржавчина металла для детей
Исследовательская работа «Ржавчина» по окружающему миру 1-4 классы
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Малакеевская средняя общеобразовательная школа Вейделевского района Белгородской области»
(Исследовательская работа) 
Николаенко Анна, 2 класс
Ярошева Нина Кузьминична
учитель начальных классов,
классный руководитель 2
Введение (обоснование темы)
Методы и средства исследования
Сравнение результатов исследования
Список использованной литературы
Исследовательская работа «Ржавчина»
В нашей области есть залежи этой руды. На территории Белгородской области сосредоточено 80% запасов богатых железных руд Курской магнитной аномалии (КМА) и 40% всех разведанных запасов этих руд в России.
Лебединский ГОК дважды занесен в Книгу рекордов
как предприятие, разрабатывающее уникальное по запасам месторождение железной руды (20,2 миллиардов тонн). 
И, как предприятие, имеющее крупнейший в мире карьер по добыче негорючих полезных ископаемых.
Площадь карьера составляет тысячу триста пятьдесят гектаров, глубина – порядка четырехсот пятидесяти метров.
Из железа делают очень прочные и огромные конструкции (мосты, теле и радиовышки, мощные машины, трактора, газопроводы и нефтепроводы и т. д.)
Почтовые ящики, качели, лампы, машины, перила и вообще любые металлические предметы рискуют начать ржаветь. Что же нужно предпринять, чтобы этого не случилось.
Мне стало интересно, как образуется ржавчина, в каких условиях металлы ржавеют быстрее всего и смогу ли я дома получить её. Решила это выяснить путем опыта и наблюдений. Это и стало целью моей исследовательской работы.
Тема моей работы актуальна на сегодняшний день, так как металл подвержен ржавчине.
Всё это негативно влияет на окружающую среду. Железной руды в Белгородчине очень много, но всё же полезные ископаемые надо беречь, как хлеб берегут, иначе быстро опустеет «подземное царство» и правнукам нашим ничего не достанется. Поэтому также я захотела узнать, что нужно делать с металлическими предметами, чтобы они дольше служили людям.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи :
Найти информацию, что такое ржавчина и причины ее появления.
Практическим путём получить в домашних условиях ржавчину на железных предметах в различных средах.
Исследовательская работа «Что такое ржавчина и её роль в экологии»
XV Городская научно-практическая конференция школьников
«Юность. Наука. Творчество»,
«Что такое ржавчина и её роль в экологии»
ученица 4 «З» класса
РОЛЬ МЕТАЛЛОВ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА.. 6
МЕТАЛЛЫ И РЖАВЧИНА.. 7
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 9
ЖЕЛЕЗО И ЭКОЛОГИЯ.. 14
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 19
ВВЕДЕНИЕ
Изучая в школе русский язык, я узнала, что для более точной передачи своих мыслей мы используем много сравнений. Меня заинтересовал вопрос: почему силу, твердость и стойкость характера обозначают словом «железный» или «железо». Неужели, это такой прочный материал и его ничто не берёт?
Решила найти информацию об этом. Обратилась к своим родителям, в библиотеку, Интернет. Я узнала, что железо в чистом виде обычно в природе не встречается. Его добывают в смеси с другими веществами в составе железной руды. С тех пор как человек научился добывать железо, прошло много лет. «Железный век» наступил в начале первого тысячелетия до нашей эры, когда основные орудия труда начали делать из железа.
Железо в чистом виде практически не используется, так как оно слишком мягкое и не годится для изготовления каких-либо конструкций. Прочность железу придает углерод. Он превращает железо в твердые сталь и чугун. Из железа делают очень прочные и огромные конструкции (мосты, теле и радиовышки, мощные машины, трактора, газопроводы и нефтепроводы и т. д.)
Железнодорожный мост. Китай Мост Густава Флауберта. Франция
Если так, можно поспорить, что в этом виновата ржавчина. Почтовые ящики, качели, лампы, машины, перила и вообще любые металлические предметы рискуют начать ржаветь, то есть попасть в разрушительные для металла условия.
Вы, несомненно, уже сталкивались с ржавчиной или хотя бы видели её на машине или где-нибудь ещё. Ржавчина имеет очень характерный цвет, рыжий, что даже говорят – листья цвета ржавчины (см. Приложение ).
Мне стало интересно, как образуется ржавчина, с помощью обычной или соленой воды металлы ржавеют быстрее всего и смогу ли я дома получить её. Решила это выяснить путем опыта и наблюдений.
Тема моей работы актуальна на сегодняшний день, так как металл подвержен коррозии и ржавчине. Находясь в заброшенном состоянии, негативно влияет на окружающую среду. Природа затрачивает много времени для разложения металла, но если надлежащим образом следить за металлом, не допускать ржавчины, подвергать переработке металлы, нам не придется добывать железную руду из недр земли и тем самым сохранить запас полезных ископаемых на нашей планете. Лишь незначительная часть металлолома подвергается переработке и используется повторно, хотя металлы легко поддаются переработке.
Бурый железняк – это природная смесь различных окислов железа.
Время и место проведения исследования: ноябрь 2012 года – апрель 2013 года, домашние условия.
Объект исследования: железный гвоздь в пробирках с различными растворами.
Цель работы: узнать, почему ржавчина образуется именно на железе, какие факторы внешней среды влияют на образование ржавчины и выяснить методы защиты от ржавчины.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Узнать, что такое ржавчина, почему она возникает (теоретически).
2. Путем опыта получить в домашних условиях ржавчину на железных гвоздях в различных средах.
3. Проанализировать и сравнить результаты наблюдений данного эксперимента и сделать выводы.
Методы исследования: экспериментальный анализ, проблемно – поисковый, опыт.
Я выдвигаю гипотезу: железо разрушается, то есть ржавеет, при соприкосновении с факторами внешней среды. Если железо окисляется – это необходимое явление в природе.
Чтобы провести данное исследование, мы с педагогом Еленой Владимировной проконсультировались у преподавателя химии, изучили специальную литературу (авторы указаны в списке литературы). При участии моей семьи я ставила опыты, наблюдала, анализировала и делала выводы.
РОЛЬ МЕТАЛЛОВ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
В повседневной жизни металлы применяются повсюду. Мы живем в мире металлов. Дома, на улице, в автобусе – всюду нас окружают металлические предметы. Без них мы просто не мыслим свою жизнь.
Железо – химический элемент, серебристо – белый металл. В чистом виде практически не применяется из-за своей небольшой прочности. Как правило, используют сплавы на основе железа – сталь и чугун.
Сталь – это самый важный вид железных сплавов. От чистого железа его отличает содержание углерода, меньше 2%, но именно эта незначительная добавка придает сплаву твердость, которой нет у железа. От того, сколько в стране выплавляется стали в расчёте на душу населения, в огромной степени зависит технический и экономический уровень развития государства.
Алюминий используется в самолетостроении, потому что он очень прочный и легкий. В отличие от железа алюминий не боится влаги и не ржавеет, поэтому изделия из него не нуждаются в защитных покрытиях.
Медь очень пластична и она лучше других металлов (за исключением драгоценного серебра) проводит электрический ток. Эти качества позволяют использовать её в электрических проводах. Здесь она считается металлом номер один.
МЕТАЛЛЫ И РЖАВЧИНА
На железо, особенно в присутствии воды, кислород оказывает действие, называемое окислением. Она образуется в результате «сгорания» железа при соединении с кислородом, растворенным в воде. Если капля дождя попадает на блестящую железную поверхность, она остается прозрачной в течение короткого периода времени. Железо и кислород, находящийся в воде, начинают взаимодействовать и образуют окись, то есть ржавчину внутри капли. Вода становится красноватой, ржавчина плавает в воде в виде мелких частиц. Когда капля испарится, остается ржавчина, образуя красноватый слой на поверхности железа.
Ржавчина – один из видов коррозии. Но не единственный. Есть ещё и другие:
· потускнение серебряных чайных ложек, посуды и украшений;
· карбонат меди, или патина, коррозия, в результате которой медь становится зеленой;
· бесцветные пятна на мелких монетах;
· оксид алюминия, образующийся на алюминии;
· оксид хрома, который появляется снаружи нержавеющей стали.
На некоторых металлах коррозия выполняет защитную функцию. Так, например, оксид алюминия, карбонат меди или оксид хрома служат защитным покрытием для металлов.
Однако ржавчина на металле не может его защищать от дальнейшей коррозии из-за своей пористой структуры. Если же ржавчина появилась, она будет расти и в сухом воздухе. Это происходит потому, что пористое пятно ржавчины поглощает влагу, содержащуюся в воздухе, притягивает и удерживает её. Это явление называется коррозией металлов.
Коррозию металлов называют «рыжим дьяволом». Это давний и опасный враг большинства металлов, применяемых в технике и быту. Коварство этого извечного врага в том, что, невидимый, он остается всегда целым и невредимым, а металлы и сплавы несут огромные потери.
По подсчетам экономистов, ущерб нанесенный коррозией во много раз превышает даже потери от такого страшного бедствия, как пожар. Да это и неудивительно, так как огонь буйствует сравнительно редко, а коррозия по имени «Рыжий дьявол» действует постоянно, ни на один час, ни на одну секунду не прекращая свою подрывную деятельность.
Примерно 15 % всех производимых в мире металлов — это двадцать миллионов тонн, которые ежегодно становятся его жертвами.
Коррозия причиняет и косвенные убытки, например, утечка нефти или газа из разъеденного трубопровода. Она досрочно выводит из строя детали, оборудования и целые сооружения. Потери от коррозии исчисляются миллиардами рублей ежегодно. Нахождение средств от коррозии – один из главных вопросов, которым занимаются эксперты, работающие в сфере металлургической промышленности.
Я решила провести опыты с железными гвоздями, помещая их в различные среды.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ОПЫТ 1. «В какой среде металлы ржавеют быстрее всего»
Цель опыта: выяснить, в какой среде металл больше подвергается коррозии.
Материалы и оборудование: 5 железных гвоздей (1 гвоздь окрашен), 5 стаканов с различными растворами:
3) дистиллированная вода;
5) водопроводная вода.
Поместив железные гвозди в различные среды на длительный срок (4 месяца) и наблюдая за ними, получил такие результаты:
1. В щелочной среде гвоздь остался без изменений.
2. В кислой среде гвоздь изъеден уксусной кислотой.
3. В дистиллированной воде гвоздь покрылся тонким слоем рыхлой ржавчины.
4. В водопроводной воде гвоздь покрылся толстым плотным слоем ржавчины.
5. В водопроводной воде окрашенный гвоздь остался без изменения.
· самая благоприятная среда предохранения железа от ржавчины – щелочная, так как добавление соды к воде, ослабило коррозию металла;
· окрашенный гвоздь, покрытый эмалью, не ржавеет, так как слой эмали является защитным покрытием.
Проблема защиты металлов от коррозии возникла очень давно, почти сразу же как человек начал их использовать. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел или покрытием другими металлами. В трудах древнегреческого историка Геродота (V век до н. э.) уже упоминается о применении олова для защиты железа от коррозии.
А какие ещё металлы могут защитить железо от разложения?
Для этого я решила узнать, как различные металлы противостоят коррозии и провести следующий опыт.
ОПЫТ 2. «Как различные металлы противостоят коррозии»
Цель опыта: выяснить, какой металл и при каких условиях подвергается коррозии быстрее всего.
Материалы и оборудование: для проведения эксперимента понадобилось 5 гвоздей, 5 пробирок, 5 стаканов с различными растворами:
1) соль + сода + железный гвоздь;
2) соль + железный гвоздь;
3) соль + железный гвоздь, обмотанный медной проволокой;
4) соль + железный гвоздь, обмотанный алюминиевой проволокой;
5) простая водопроводная вода + железный гвоздь.
В каждом растворе находится гвоздь, закрытый пробиркой. Внутри пробирки остается пространство с воздухом.
Через некоторое время мои наблюдения привели к следующим результатам:
1. Сравним стаканы № 2 и № 3. В обоих случаях железо находилось в одном и том же растворе, только в стакане № 3 оно соприкасалось с медью. В обоих случаях произошла коррозия, и появился бурый осадок ржавчины. Только в стакане № 3 ржавчины получилось много, а в стакане № 2 — мало. Поэтому и расход кислорода в № 3 большой, вода в пробирке поднялась высоко, во 2-ом расход кислорода мал, поэтому вода поднялась немного.
2. Сравним стакан № 1 с раствором соли и соды со стаканом № 2 с раствором соли. В обоих случаях произошла коррозия, но добавление соды к раствору соли, ослабило коррозию. Из-за создания щелочной среды, ржавчины образовалось мало, кислорода в пробирке использовалось меньше, вода вверх не поднялась.
3. Сравним стаканы № 2 и № 4. Оба гвоздя находились в одном растворе, только теперь гвоздь соприкасался с алюминиевой проволокой. В обоих случаях произошла коррозия, только осадки получились разного цвета. Следовательно, в опыте № 4 коррозировало не железо, а алюминий.
Вывод: большое количество ржавчины образовалось в стаканах № 2, 3, 5, незначительное количество ржавчины – в стакане № 1, а в стакане № 4 ржавчина не образовалась.
Разобраться с данным результатом помогла учитель химии. Она показала электрохимический ряд активности металлов и объяснила, что чем левее находится металл в этом ряду, тем он активнее.
Медь Cu находится правее от железа Fe и менее активен, в стакане № 3 произошла коррозия железа и образовался оксид меди.
Электрохимический ряд активности металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, ← Fe → Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tс, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au
1. Коррозия металлов (разрушение) не имеет положительных эффектов, и поэтому весь научный мир усиленно ищет способы защиты металлических конструкций от любых видов коррозии.
2. Коррозия металла резко усиливается, если железо соприкасается с менее активным металлом, расположенным правее, чем железо.
3. Коррозия замедляется, если железо соприкасается с более активным металлом, расположенным левее, чем железо.
 |
4. Чем больше в железе примесей, тем легче оно покрывается ржавчиной и постепенно разрушается.
5. Легче предупредить ржавчину, чем остановить её, когда она появилась.
ЖЕЛЕЗО И ЭКОЛОГИЯ
Человечество в процессе жизнедеятельности влияет на различные экологические системы. Примером отрицательных воздействий являются несанкционированные свалки металлолома. В процессе своей эксплуатации изделия из металла покрываются различными химическими составами: красителями, растворителями, машинными маслами, моющими средствами, антикоррозийными покрытиями и выбрасываются в окружающую среду (см. Приложение ).
Они наносят вред естественным местам обитания животных и растений, изменяют природные ландшафты, вызывают осложнение экологической и санитарной обстановки в населенных пунктах.
Изменения, происходящие в природе, в результате образования свалки влекут за собой следующие последствия:
1) опасные вещества с поверхности металла просачиваются в почву и подземные воды и являются угрозой заражения почвы, питьевой воды;
2) изменяется микроклимат вокруг свалки, который отрицательно влияет на растительный и животный мир (куски металлов травмируют животных).
Наиболее эффективным способом решения проблемы является вторичная переработка (переплавка) металла. Для этого нужно возобновлять сборы металлолома, макулатуры, стеклопосуды. В решении этой проблемы активно могут участвовать и школьники и взрослые. Каждый человек с детских лет должен уважительно относиться к окружающей его природе, земле, почве.
1. Современное состояние почвенного покрова нашей страны неудовлетворительное и продолжает ухудшаться.
2. Человек разрушает сложившиеся связи в природной экосистеме. Это может привести к экологической катастрофе.
3. Возобновление сбора металлолома для вторичной переработки сохранит окружающую экосистему.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исходя из выводов, можно перечислить следующие способы предупреждения и борьбы с коррозией на практике.
Способы предупреждения и борьбы с коррозией на практике:
l взаимодействие с более активными металлами (например, к трубопроводам и корпусам судов при длительной стоянке присоединяют слитки из магния или цинка);
l покрытие лаками, красками, смазками, защитными слоями из других металлов (установлено, что идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения);
l добавление специальных веществ (ингибиторов), которые замедляют коррозию.
1. Знаменитая Эйфелева башня, покрыта защитной краской. Общий вес краски превышает несколько тонн.
2. Ядро планеты Земля состоит на 35% из железа и никеля.
3. Около города Дели в Индии стоит железная колонна, которая не ржавеет, хотя её возраст почти 2800 лет. Это знаменитая Кутубская колонна высотой около семи метров и массой 6,5 тонн. Надпись на колонне говорит о том, что она была поставлена в IX веке до нашей эры. Колонна была изготовлена из очень чистого металла: железа в колонне оказалось 99,72%. Этим и объясняется её долговечность.
Изучая и рассматривая литературу, я узнала, что железо не причисляют к «благородным» металлам. Но благодаря свойству ржаветь железо и есть самый «благородный» металл, самый настоящий из всех. Если бы железо, подобно серебру и золоту, не ржавело, то есть не окислялось, то мы не существовали бы, и ни одно растение не зеленело бы на Земле. Все краски, какими обладает наша Земля, все цвета, которыми блещет рубин, зависят от присутствия в нем окисленного железа.
Растворенная в воде ржавчина составляет часть пищи растений и придает им зеленый цвет. Из-за недостатка ионов железа растения бледнеют. Та же «ржавчина» (ионы железа) снабжает нашу кровь и придает ей красный цвет.
Подбирая информацию о ржавчине, я узнала, что у растений существует болезнь, вызываемая ржавчинными грибами. Она поражает многие сельскохозяйственные, лесные и декоративные культуры. На растениях образуются споры гриба, из которых высыпается ржавый порошок. Урожайность резко снижается.
Споры хлебной ржавчины (вид под микроскопом)
Лист, пораженный ржавчинным грибом
Английский писатель, художник, литературный критик и поэт Джон Рёскин сказал: «Железо есть дыхание жизни, которым оно одаряет всех».
Исходя из выше сказанного, я могу утверждать, что, несмотря на все потери и ущерб, которые наносит ржавчина деятельности человека, без нее мы не смогли бы существовать. Значит, моя гипотеза нашла свое подтверждение: если железо ржавеет, то есть разлагается, значит, это необходимое явление для всего живого в природе. Но это не говорит о том, что человек должен бесконечно добывать из недр земли все её богатства и расточительно их использовать. Мы должны научиться беречь природу и её богатства, она не прощает ошибок.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. О’Лири, Сьюзен Шелли. Увлекательные опыты. Перевод с английского А. Галыгина, В. Герцика, Н. Харламовой.– М.: АСТ», «Издательство Астель», 2009
2. Большая энциклопедия «Почемучек».- М.: «РОСМЭН», 2006
3. Я познаю мир. АСТ», 1999
4. Познавательный журнал «Детская энциклопедия» № 12-97: «Металлы от А до Я». Москва, 1996
5. За страницами учебника географии. Просвещение, 1988
6. Интернет – сайт «Википедия»
7. Интернет – сайт «Почемучки. ru»
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ РЖАВЧИНЫ
РЕЗУЛЬТАТ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
Загрязнение природы отходами жизнедеятельности человека
Помочь природе может каждый
Отечественный автомобиль «Победа»
Что такое ржавчина металла для детей
Почему ржавеет металл и как его защитить?
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Введение
Когда я летом гулял по улице, заметил, что на качелях, горках появились пятна рыжего цвета, а найденные в земле металлические предметы (гвозди, цепи) были полностью покрыты такими пятнами. На ощупь пятна шершавые, а предметы в этих местах становятся наиболее хрупкими. В огороде я заметил это на железных лопатах. На мой вопрос папа пояснил мне, что это ржавчина.
Что же такое ржавчина? Каковы последствия от её появления? Как от неё защититься? Задумавшись над этой проблемой, я решил узнать как можно больше об этом процессе, условиях его появления, и о том, как можно от него защитить предметы.
Цель исследовательской работы: изучение условий появления ржавчины и способов защиты от неё.
Для достижения цели я поставил следующие задачи:
1) изучить литературу на интересующую тему: ржавчина, причина появления, способы защиты;
2) провести наблюдение за появлением ржавчины в разных условиях;
3) опытным путем предложить способы защиты от ржавчины;
4) провести сравнительный анализ проведённых наблюдений и опытов;
В ходе работы выдвигаем гипотезы:
Допустим, что при определённых условиях на металлическом предмете ржавчина появляется быстрее.
Возможно, что масляная краска помогает защитить металлические предметы от ржавчины.
Предмет исследования – ржавчина.
Объект исследования – процесс ржавления и способы защиты железных предметов от ржавчины.
Основная часть.
1.1. Ржавление металлов. Что это?
1.2. Вред, который наносит ржавчина.
Во-первых, ржавые предметы мы можем встретить на природе. Железо в виде ржавчины способствует биологическому загрязнению воды, создает благоприятную среду обитания для определенного вида бактерий.
Питьевая вода, содержащая частички ржавчины, пагубно влияет на здоровье человека. При попадании в систему пищеварения, они задерживаются в организме, что со временем вызывает раздражение органов пищеварения, заболевания кожи, гормональные расстройства и аллергические реакции.
Во-вторых, трубы, по которым происходит доставка воды, изготовлены из металла, подверженного коррозии. При высокой концентрации ржавчины, на поверхности кухонной утвари, сантехники и нагревательных элементах в бытовой технике появляются трудновыводимые пятна, а при эксплуатации неполадки в работы. Иногда такие отложения создают пробки, которые полностью перекрывают трубу, что может вызвать ее разрыв.
В-третьих, в результате ржавления железные мосты теряют свою надежность, проблематичной становится работа на машинах и оборудовании, механизмы которых подвержены ржавлению, что в дальнейшем может привести к аварии.
Поэтому вопросы защиты металлических материалов от коррозии становятся все более актуальными.[1]
1.3.Способы защиты от ржавчины
Современная защита металлов от коррозии осуществляется следующими методами:
— разработка новых сплавов металлов;
— покрытие поверхности металла;
— понижение агрессивности окружающей среды.
Полностью предотвратить коррозию металлов невозможно, поэтому единственным путем борьбы с ней является поиск способов ее замедления. [5]
Таким образом, изучив литературу, я решил перейти к следующему этапу своей работы.
Проведение экспериментов позволит мне наблюдать за скоростью образования ржавчины при разных условиях на железном предмете, а также предложить способы его защиты.
2. Экспериментальная часть
2.1. Безопасность и меры предосторожности.
Так как в экспериментальной части предполагалась работа с разными растворами, опыты я проводил только в присутствии взрослых.
При проведении эксперимента я соблюдал меры предосторожности, следуя таким правилам:
1. При разбавлении концентрированных кислот необходимыми порциями приливать кислоту в воду.
2. Во время выполнения экспериментов необходимо обеспечивать проветривание комнаты.
3. Выполнять опыты над рабочей поверхностью (над столом), предварительно постелив скатерть.
4. Надеть защитные средства: фартук, перчатки.
5. Определяя при необходимости вещество по запаху, необходимо держать сосуд на расстоянии 15-20 см от лица и легким движением руки направлять воздух от отверстия сосуда к носу, не делая глубокого вдоха.
6. После проведения экспериментов убрать рабочую поверхность и тщательно вымыть руки.
2.2. Серия экспериментов. Изучение условий появления ржавчины на металлических предметах, находящихся в разной среде (в домашних условиях).
Изучив литературу, я решил провести практические опыты по выявлению и изучению условий появления ржавчины. Условия старался подобрать разные: от водопроводной воды, раствора соли до агрессивной среды – уксусной кислоты.
Подготовка к эксперименту (Приложение 1).
Инструменты и материалы:
— перчатки, фартук, клеенка на стол;
— банки с пробками, в пробках отверстия под гвозди;
— этикетки для банок;
— железные гвозди (10шт., из которых 5 покрыты масляной краской);
Закладка опыта: (Приложение 1).
Подготовил растворы так, чтобы гвозди находились в растворах не полностью:
— в банке №1 и № 1/1 гвозди находились в водопроводной воде;
-в банке №2 и № 2/1 гвозди находились в солевом растворе (вода и поваренная соль);
— в банке № 3 и № 3/1 гвозди находились в земле;
— в банке № 4 и № 4/1 гвозди были в марганцовом растворе (вода и перманганат калия);
— в банке № 5 и № 5/1 гвозди находились в кислом растворе (уксусная кислота).
Ход и результат эксперимента в домашних условиях:
Эксперименты длились 30 дней: с 12 ноября 2017 года по 12 декабря 2017 года. Я регулярно вёл наблюдения, записывая любые изменения в журнале (Приложение 2).
2.3. Эксперимент 1. Вода.
В эксперименте использовалась водопроводная вода (Приложение 3).
На поверхности необработанного гвоздя № 1 признаки ржавчины появились уже на 5 день. В ходе эксперимента было обнаружено, что часть обработанного гвоздя № 1/1 не прокрашена. Это привело к его ржавлению на 10 день в месте отсутствия краски.
В местах прикосновения гвоздей с банками на банках появились ржавые пятна.
В период ржавления вода в образце №1 пожелтела, а затем появился густой осадок.
Таким образом, оба экземпляра в той или иной степени покрылись ржавчиной. Ошибка при окрашивании гвоздя (гвоздь окрашен не полностью) не позволила подтвердить мою гипотезу в полном объёме. Однако, частично окрашенный гвоздь проржавел только в одном месте и препятствовал быстрому развитию процесса. Также ржавчина на стекле банки доказывает, что ржавчина наносит вред не только предмету ржавления, но и предметам, находящимся в непосредственной близи.
2.4. Эксперимент 2. Солевой раствор.
В эксперименте использовался раствор: водопроводная вода и поваренная соль (Приложение 3).
В первые дни на стекле банок были видны капли воды от испарения, а на гвоздях – кристаллы соли.
На поверхности необработанного гвоздя № 2 признаки ржавчины появились уже на 3 день. В ходе эксперимента было обнаружено, что часть обработанного гвоздя № 2/1 не прокрашена. Это привело к его ржавлению на 7 день, но только в месте отсутствия краски.
В местах прикосновения гвоздей с банками на банках появились ржавые пятна.
В период ржавления раствор в обеих банках помутнел, а в образце № 2 появился густой осадок.
Я обратил внимание, что в солёном растворе ржавление гвоздей происходило быстрее. Ошибка при окрашивании (гвоздь окрашен не полностью) не позволила полностью сохранить гвоздь от ржавчины. Также ржавчина на стекле банки доказывает, что ржавчина наносит вред не только предмету ржавления, но и предметам, находящимся в непосредственной близи.
2.5. Эксперимент 3. Земля.
В эксперименте использовалась земля (Приложение 4).
Впервые дни на стекле банок были видны капли воды от испарения.
На поверхности необработанного гвоздя №3 признаки ржавчины появились на 14 день. Обработанный краской гвоздь №3/1 ржавлению не поддался.
Наша гипотеза подтвердилась. Обработанный краской гвоздь не подвержен коррозии. На мой взгляд, процесс ржавления экземпляра № 3 можно ускорить с помощью систематического добавления воды.
2.6. Эксперимент 4. Марганцовый раствор.
В эксперименте использовался раствор: водопроводная вода и перманганат калия (Приложение 4).
Перманганат калия, распространённое название в быту—марганцо́вка — калиевая соль марганцовой кислоты. Внешний вид: тёмно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском, при растворении в воде образующие ярко окрашенный раствор малинового цвета. Является сильным окислителем [3].
Наблюдение затруднено из-за мутного раствора.
На поверхности необработанного гвоздя №4 признаки ржавчины появились на 3 день, а на обработанном гвозде № 4/1 – на 5 день.
Раствор образца № 4 в течение всего эксперимента светлел, что привело к его прозрачности. Появился шарикообразный осадок. А в растворе образца №4/1 к концу эксперимента появились крупные кристаллы марганца.
Гипотеза подтвердилась: при более агрессивной среде процесс ржавления протекает быстрее. Оба экземпляра были подвержены ржавлению, при этом необработанный гвоздь вступил в реакцию с раствором марганца, что в дальнейшем привело к выпаду осадка и очищению воды.
2.7. Эксперимент 5. Кислый раствор (уксус).
В эксперименте использовался раствор: водопроводная вода и уксусная эссенция (Приложение 5).
В первые дни в обоих растворах наблюдается выделение кислорода – на гвоздях образуются пузырьки воздуха, которые поднимаются вверх. Особенно активен процесс в экземпляре №5 (необработанный гвоздь).
На поверхности необработанного гвоздя № 5 признаки ржавчины появились на 3 день, а на обработанном гвозде № 5/1 – на 7 день. Кроме этого основания гвоздей стремительно разрушаются. За время эксперимента образец № 5 полностью разрушился, а образец № 5/1 сильно деформировался, и основание отломилось от шляпки гвоздя. Ржавчина «переместилась» на крышку банки вокруг шляпки гвоздя.
Оба раствора в течение эксперимента приобрели тёмно-бурый цвет. Вода значительно испарилась. На поверхности раствора № 5 образовалась металлическая пленка и раствор более прозрачен относительно раствора № 5/1.
Гипотеза подтвердилась: при более агрессивной среде процесс ржавления протекает быстрее. Оба экземпляра были подвержены ржавлению и сильному разрушению. Ржавление приводит к разрушению металла.
2.8. Вывод по итогам экспериментов в домашних условиях.
Я в восторге, эксперименты удались! Гипотеза о том, что масляная краска защищает металл от ржавчины, подтвердилась. Краска защитила металл от ржавления и значительно замедлила скорость её образования (Приложение 6).
Я смог наблюдать за скоростью развития коррозии в разных условиях. Так, соль, марганец, уксусная кислота увеличивают скорость развития коррозии.
Качественная обработка металла позволяет предотвратить развитие коррозии и замедлить процесс ржавления.
2.9. Описание экспериментов, проведённых в лицее «Синтон».Способы защиты от ржавчины.
Цель опыта: наглядно показать моим одноклассникам другие способы защиты металлических предметов от ржавления.
Подготовка к эксперименту.
Инструменты и материалы: клеенка на стол; чашка Петри; пипетка Пастернака; бумажная салфетка; 3 гвоздя (1 гвоздь покрыт подсолнечным маслом); солевой раствор; цинк; фотоаппарат.
В чашку Петри на дно кладём бумажную салфетку, которую предварительно промачиваем в солевом растворе. По краям салфетки на расстоянии размещаем гвозди:
1 экземпляр – гвоздь без обработки и дополнительной защиты;
2 экземпляр – гвоздь, обработанный подсолнечным маслом;
3 экземпляр – гвоздь, соприкасается с гранулами цинка.
Ход и результат эксперимента в классе (Приложение 7).
Эксперимент длился 3 дня. Солевой раствор позволил ускорить процесс ржавления гвоздей. Наблюдения отражены в журнале (Приложение 8).
2.10. Эксперимент 1. Гвоздь без обработки и дополнительной защиты.
Первые признаки ржавления появились на первый день: вода около гвоздя стала менять цвет – появился ярко-оранжевый оттенок. В последующие дни, ржавая вода полностью окутала гвоздь, цвет стал темнее, осадок. На поверхности воды, около гвоздя, возникла ржавая пленка. В третий день на гвозде появились признаки ржавчины.
Процесс ржавления гвоздя проходил достаточно быстро. Этому способствовала солёная вода, воздух.
2.11. Эксперимент. Гвоздь, обработанный подсолнечным маслом.
Гвоздь покрыт масляной плёнкой. В период эксперимента на гвозде признаков ржавчины не обнаружено. Гипотеза подтвердилась – масло может защищать металлические предметы от ржавчины.
2.12. Эксперимент. Гвоздь соприкасается с гранулами цинка.
В первый день признаков ржавления не наблюдалось. Во второй день признаки ржавления появились только на той части гвоздя, которая не соприкасалась с цинком – около гвоздя стал меняться цвет воды. В третий день: процесс ржавления происходит медленнее, чем в первом эксперименте. В месте соприкосновения гвоздя с цинком признаки ржавления отсутствуют.
Гипотеза подтвердилась: цинк защищает металлические предметы от ржавчины.
2.13. Выводы по экспериментам в классе.
Результаты экспериментов подтвердили мою гипотезу. Существует много способов защиты металла от ржавления. В данных экспериментах я использовал растительное масло и гранулы цинка. И масло, и цинк справились со своей задачей! Мы с одноклассниками в этом убедились наглядно.
Заключение
Благодаря данной работе я изучил такое явление как ржавчина, причины её появления и методы защиты металлов от ржавления. На мой взгляд, эта тема интересна и актуальна. В современном мире нас окружают различные металлические предметы, оборудование, конструкции и сооружения – от гвоздика до кораблей и мостов. Всё это, так или иначе, подвергается коррозии. Поэтому для людей разных профессий важно продлить срок службы этих предметов.
В исследовательской работе мы наблюдали, что скорость образования ржавчины напрямую зависит от условий внешней среды (вода, соль, кислота) и характера обработки поверхности (масляная краска, подсолнечное масло, цинк).
Изучив литературу, проведя эксперименты, я пришёл к выводу, что ржавчина приносит большой вред изделиям из металла. Чтобы защитить металлические предметы от ржавчины, необходимо их покрывать защитными средствами. Самый распространённый из всех и доступный – покраска металла масляной краской.
Результаты, полученные в ходе экспериментов, являются для меня важным началом в исследовательской деятельности. Считаю необходимым продолжить исследования и провести эксперименты по очищению металлических предметов от ржавчины.
Библиографический список:
Бенеш П., Пумпр В., Свободова М., Мансров Г.Н. «111 вопросов по химии для всей семьи…», Москва: Просвещение, 1994.
Занимательные эксперименты и опыты/ (Ф.Ола и др.). – М.: АЙРИС-З-28 пресс, 2014.
Таблица
описания и проведения экспериментов в домашних условиях
Начало эксперимента – 12.11.2017г.
Окончание эксперимента – 12.12.2017г.
День наблюдений
Содержание и номер банки
Состав: вода
Состав: солевой раствор
Состав: земля
Состав: марганцовый раствор
Состав: кислый раствор (уксус)
Эксперимент
Эксперимент
Эксперимент
Эксперимент
Эксперимент
Особых изменений не наблюдается.
Особых изменений не наблюдается.
Особых изменений не наблюдается.
Особых изменений не наблюдается.
Наблюдение затруднено из-за темного раствора.
Закладка опыта. Наблюдение затруднено из-за темного раствора.
На поверхности гвоздя образуются воздушные пузыри, которые поднимаются вверх. На внутренней стороне банки водяные капли.
На поверхности гвоздя образуются воздушные пузыри, которые поднимаются вверх. На внутренней стороне банки водяные капли.
Особых изменений не наблюдается.
Особых изменений не наблюдается.
На стенке банки появились капли от испарения.
Начало образования ржавчины.
На стенке банки появились капли от испарения.
Особых изменений не наблюдается.
Особых изменений не наблюдается. На стенке банки появились капли от испарения.
Особых изменений не наблюдается. На стенке банки появились капли от испарения.
Поверхность гвоздя покрылась ржавчиной.
Цвет краски изменился на более темный.
Процесс выделения воздуха продолжается. Гвоздь поменял цвет, появились признаки ржавления.
Процесс выделения воздуха продолжается. Краска поменяла цвет, стала рыхлой.
На поверхности гвоздя появилась ржавчина.
Особых изменений не наблюдается.
Поверхность гвоздя покрылась ржавчиной.
Обнаружено, что гвоздь местами не прокрашен!
Особых изменений не наблюдается. Капли от испарения.
Особых изменений не наблюдается. Капли от испарения.
Гвоздь продолжает ржаветь.
Поверхность гвоздя покрылась ржавчиной.
Гвоздь продолжает ржаветь.
Ржавчина «переместилась» на крышку банки вокруг шляпки гвоздя.
Краска начала взбухать.
Гвоздь продолжает ржаветь. Вода в банке стала более мутной.
Обнаружено, что гвоздь местами не прокрашен!
В местах отсутствия краски образуется ржавчина. Цвет краски изменился.
Особых изменений не наблюдается. Капли от испарения.
Особых изменений не наблюдается. Капли от испарения.
Цвет раствора начал светлеть. Гвоздь продолжает ржаветь.
Цвет раствора не меняется. Гвоздь продолжает ржаветь.
Гвоздь продолжает ржаветь.
Ржавчина на крышке банки растет, ножка гвоздя уменьшилась в диаметре. Изменился цвет раствора.
На гвозде появились признаки ржавления.
В местах отсутствия краски образуется ржавчина.
Гвоздь продолжает ржаветь. Ржавчина на стекле увеличилась. Появился осадок на дне банки.
Особых изменений не наблюдается. Капли исчезли.
Особых изменений не наблюдается. Капли исчезли.
Гвоздь продолжает ржаветь. Раствор продолжает светлеть.
Гвоздь продолжает ржаветь.
Процесс продолжается: гвоздь разрушается, ржавчина на крышке банки растет.
Гвоздь продолжает ржаветь. Ржавчина «переместилась» на крышку банки вокруг шляпки гвоздя. Изменился цвет раствора.
Гвоздь продолжает ржаветь. Ржавчина на стекле увеличилась. Появился осадок на дне банки.
Гвоздь продолжает ржаветь. Ржавчина на стекле увеличилась. Количество осадка на дне банки увеличилось.
Продолжается процесс ржавления.
На дне банки осадок.
Появились мелкие пятна ржавчины.
Особых изменений не наблюдается.
Гвоздь продолжает ржаветь. На уровне поверхности воды у гвоздя образовалась металлическая «шляпка».
Раствор продолжает светлеть.
Гвоздь продолжает ржаветь.
Наблюдается деформация гвоздя.
Ржавчина на крышке банки увеличилась, ножка исчезла.
Гвоздь деформировался. Ржавчина на крышке банки растет.
Гвоздь продолжает ржаветь. На гвозде слой ржавчины вырос. Ржавчина на стекле увеличилась. Количество осадка на дне банки увеличилось.
Продолжается процесс ржавления.
На дне банки незначительный осадок.
Гвоздь продолжает ржаветь. На гвозде слой ржавчины вырос. Ржавчина на стекле увеличилась. Количество осадка на дне банки увеличилось.
Продолжается процесс ржавления.
На дне банки осадок.
Пятна ржавчины увеличились.
Признаков ржавления нет.
Гвоздь продолжает ржаветь.
На гвозде слой ржавчины. Раствор продолжает светлеть.
Раствор светлый, прозрачный. На дне шарикообразный осадок.
Гвоздь продолжает ржаветь.
Цвет раствора не меняется, видны крупные кристаллы марганца.
Гвоздь полностью разрушился, его состав «переместился» на крышку банки.
На поверхности воды образовалась металлическая пленка.
Вода сильно испарилась. Состав стал темного цвета.
Гвоздь отломился, часть его состава (в т.ч. с краской) «переместился» на крышку банки.
Вода сильно испарилась. Состав стал темного цвета.
*в эксперименте принимает участие железный гвоздь без обработки.
**в эксперименте принимает участие железный гвоздь, предварительно обработанный масляной краской желтого цвета.
Таблица
описания и проведения экспериментов в классе
«Способы защиты от ржавчины»
Начало эксперимента – 10.01.2018 г.
Окончание эксперимента – 12.01.2018 г.
День
Эксперимент 1
Эксперимент 2
Эксперимент 3
Гвоздь без обработки и дополнительной защиты
Гвоздь, обработанный подсолнечным маслом
Гвоздь, соприкасается с гранулами цинка
Вода около гвоздя стала менять цвет – появился ярко-оранжевый оттенок.
Гвоздь покрыт масленой пленкой. Изменений не наблюдается.
Изменений не наблюдается.
Ржавая вода полностью окутала гвоздь, цвет воды стал темнее.
Гвоздь покрыт масленой пленкой. Изменений не наблюдается.
Признаки ржавления появились только на той части гвоздя, которая не соприкасалась с цинком – около гвоздя стал меняться цвет воды.
На гвозде появились признаки ржавчины, осадок.
На гвозде признаков ржавчины не обнаружено.
В месте соприкосновения гвоздя с цинком признаки ржавления отсутствуют.