一級結(jié)構(gòu)師2010年專業(yè)輔導(dǎo):防銹的基本要求(1)

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●實驗室中的鐵制品
    基本是用鋼鐵制成的儀器:方座支架、物理支架、鋼制黑板、真空泵、手搖抽氣機、多功能實驗支架、儀器車、升降臺、鉤碼、砝碼、鑷子、液壓機模型、離心水泵模型、手搖離心轉(zhuǎn)臺、馬德堡半球……。
    另外,還有許多儀器的部件采用了鋼鐵材料;例如顯微鏡、恒溫箱、干燥箱、生物模型等等。
    如何防止鋼鐵部件生銹,延長儀器使用壽命,是實驗室管理的重要內(nèi)容。
    ●鐵的物理與化學(xué)性質(zhì)
    鐵為銀白色的金屬,元素符號Fe原子序數(shù)26;
    相對原子質(zhì)量55.847;
    熔點1535℃;
    沸點2750℃;
    相對密度7.86.磁化和去磁快;有延展性,是可鍛金屬中除鈷、鎳以外最堅韌的,在液態(tài)空氣的溫度下變脆。鐵在紅熱時變軟,可鍛造和拉長;在白熱時可鍛接。
    鐵是比較活潑的金屬,在金屬活動順序表里排在氫的前面。
    常溫時,鐵在干燥的空氣里不易與氧、硫、氯等非金屬單質(zhì)起反應(yīng),在高溫時,則劇烈反應(yīng)。鐵在氧氣中燃燒,生成Fe3O4,赤熱的鐵和水蒸氣起反應(yīng)也生成Fe3O4.鐵易溶于稀的無機酸和濃鹽酸中,生成二價鐵鹽,并放出氫氣。
    鐵在干燥空氣中很難與氧發(fā)生作用,但在潮濕空氣中很易腐蝕,若含有酸性氣或鹵素蒸氣時,腐蝕更快。
    鐵溶于熱的或較濃的硝酸中,生成硝酸鐵并釋放出氮的氧化物。在常溫下遇濃硫酸或濃硝酸時,表面生成一層氧化物保護膜,使鐵“鈍化”,故可用鐵制品盛裝濃硫酸或濃硝酸。鐵是一變價元素,常見價態(tài)為+2和+3.鐵與硫、硫酸銅溶液、鹽酸、稀硫酸等反應(yīng)時失去兩個電子,成為+2價。與Cl2、Br2、硝酸及熱濃硫酸反應(yīng),則被氧化成Fe3+.鐵與氯在加熱時反應(yīng)劇烈。鐵也能與硫、磷、硅、碳直接化合。鐵與氮不能直接化合,但與氨作用。
    ●生銹原因
    普通鋼鐵制品在潮濕的空氣中,漸漸變色,并在表面生成一種紅褐色的物質(zhì),這種現(xiàn)象叫做鋼鐵的生銹。
    讓我們先從一個事故來探討鋼鐵生銹的原因。
    外國某化學(xué)公司的一家工廠,有一貯存氯化鎂的鋼質(zhì)容器,有一次,因容器需要維修而停止工作,廠方排空了容器中的氯化鎂,并將容器沖洗了幾遍。而后兩個工人進入鋼質(zhì)容器維修,一下去就暈倒了,當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)后,立即將人救出并送到醫(yī)院,一人經(jīng)搶救脫險,另一人不幸死亡。是什么原因?qū)е氯藛T死亡呢?難道容器中含有有毒氣體?人們對鋼質(zhì)容器內(nèi)的空氣進行了測定,并沒有發(fā)現(xiàn)任何有毒氣體,但卻驚奇地發(fā)現(xiàn)容器中空氣里的氧氣含量遠遠低于正常標(biāo)準(zhǔn)。為什么容器中會缺氧呢?經(jīng)分析,發(fā)現(xiàn)問題原來出在容器本身,是因為容器生銹的緣故。
    實驗證明——只有水或者只有氧氣,鐵都不生銹;既有水也有氧氣,但沒有鹽,而鐵生銹,說明鐵生銹的必要條件只是水和氧氣;有水也有氧氣,還有鹽,生銹的速度比只有氧和水快,說明鹽在鐵生銹的過程中起到加速生銹的作用。
    其實質(zhì)是鐵和空氣中的氧氣、水蒸氣等起作用,生成鐵的多種氧化物的水合物。
    鐵銹的成分比較復(fù)雜,通常簡略用Fe2O3.xH2O表示。鐵銹是一種松脆多孔的物質(zhì),它不能保護里層的鐵不被銹蝕,鐵銹是一種棕紅色的物質(zhì),它不像鐵那么堅硬,很容易脫落,一塊鐵完全生銹后,體積可脹大8倍。如果鐵銹不除去,這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分,鐵也就爛得更快了。
    因此時間久了,鋼鐵制品就可能銹蝕成一堆無用的廢品。尤其嚴(yán)重的是,鋼鐵在含有酸氣、氯氣的水蒸氣中,或接觸電解質(zhì)溶液時,銹蝕得特別快。據(jù)統(tǒng)計,每所世界上都有幾千萬噸鋼鐵變成了鐵銹,而鋼鐵制品遭破壞而引起的停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、環(huán)境污染、危害人體健康,甚至造成嚴(yán)重事故的損失是無法估量的。因此,鋼鐵的防銹具有重要的經(jīng)濟意義和社會意義。