Mat W-6.pdf

2008-10-28

UTLENIANIE MATERIAŁÓW

Atmosfera ziemska ma działanie utleniające . Materiały które dobrze zachowały się w

atmosferze sąodpornenautlenianiewśrodowiskuwystępującymnaziemi .

Na ziemi widzimy głównie ceramikę , gdyż skorupa ziemska (rozdz. 2) jest niemal

całkowicie zbudowana z tlenków , krzemianów , glinianów i innych związków tlenu , które

będąc tlenkami są całkowicie stabilne . Również szeroko rozpowszechnione w naturze

halogenkimetalialkalicznych są stabilne, np. NaCl , KCl , NaBr .

Metale nie są stabilne ; tylko złoto występuje jako "rodzime" w naturalnych warunkach

( jest ono całkowicie odporne na utlenianie we wszystkich temperaturach ). Wszystkie

innemetale , których danymi dysponujemy, będąsięutleniaćwkontakciezpowietrzem .

Polimery nie są stabilne : w większość są palne , co oznacza, że się łatwo utleniają .

Węgiel i ropa naftowa (surowce do otrzymywania polimerów) występują w naturze , ale

dzieje się tak tylko dlatego, że procesy geologiczne odizolowały je od kontaktu z

powietrzem . Do wyjątków należy kilka polimerów, m.in. PTFE (politetrafluoroetylen,

zawierający grupy -CF 2 - ), które są tak stabilne , że wytrzymują działanie wysokich

temperaturprzezdłuższyczas .

Kompozyty polimerowe zachowują się oczywiście tak samo; np. drewno nie zalicza się

doodpornychnautlenianiewwysokichtemperaturach .

2008-10-28

Energia utleniania

Tendencję wielu materiałów do reagowania z tlenem można oceniać na podstawie

testówlaboratoryjnych polegających napomiarzeenergiikoniecznejdozajściareakcji :

Jeżeli energia ta jest dodatnia , materiał jest stabilny ; jeśli ujemna , będzie się

utleniał .

Wykres słupkowy przedstawiony na rys. 6.1 przedstawia energie tworzenia się

tlenków dla czterech kategorii materiałów; wartościliczbowe są podane w tabl. 6.1.

2008-10-28

Rysunek 6.1

Energia tworzenia tlenków w

temp. 273 K, [kJ-mol -1 0 2 ].

2008-10-28

TABLICA 6.1 Energie tworzenia tlenków w temperaturze 273 K.

2008-10-28

Szybkość utleniania

Dobierając materiały skłonne do utleniania, musimy wiedzieć, jak szybko będzie

zachodził proces utleniania . Oczekiwać można, że im większa energia jest uwalniana w

procesieutleniania , tym większabędzieszybkośćutleniania .

Na przykład można by się spodziewać, że aluminium będzie się utleniać2,5razyszybciej

aniżeli żelazo (jak to wynika z danych energetycznych zamieszczonych). W rzeczywistości

aluminiumutleniasięznaczniewolniejniżżelazo .

Jeżeli nagrzejemy kawałek wypolerowanego żelaza w płomieniu gazowym , na

powierzchni metalu, gdzie atomy tlenu i żelaza mogą się kontaktować, tlenzpowietrzabędzie

reagowałz żelazem , tworząc cienką warstewkę tlenku żelaza na powierzchni (powodując

jej sczernienie). Na początku grubość warstewki tlenkówrośnie szybko , a następnie coraz

wolniej , ponieważ atomy żelaza, zanim będą mogły wejść w kontakt i reagować z tlenem,

musząprzedyfundowaćprzezjużutworzonąwarstewkętlenków .

Warstewka tlenków działa jak bariera , która oddziela atomy tlenu i żelaza i zmniejsza

szybkość , z którą te atomy reagują, tworząc więcej tlenku żelaza. Aluminium i większość

innych materiałów, tworzą bariery w postaci warstwek tlenków w taki sam sposób, ale

warstewka tlenków na aluminium jest znacznie bardziej efektywną barierą aniżeli

warstewkatlenkównażelazie .

Utlenianie zachodzi przez przyłączanie atomów tlenu do powierzchni materiału, masa

materiału zwiększasięzwykleproporcjonalniedoilościmateriału , który sięutlenił .

Ten wzrost masy , Dm , może być rejestrowany w sposób ciągły w zależności od czasu t

(rys. 6.2).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: