Получение металлов. Коррозия

В природе в самородном виде встречаются только малоактивные металлы — золото, платина, иногда серебро, медь, ртуть. Остальные находятся в рудах в виде оксидов, сульфидов, карбонатов, хлоридов. Получить металл — значит восстановить его ионы: \(\ce{Me^{n+} + $n$e- -> Me}\). Чем активнее металл, тем прочнее он удерживается в соединении и тем более сильный восстановитель или способ нужен.

Способы получения металлов

Пирометаллургия — восстановление при высокой температуре углём, угарным газом или водородом. Так получают металлы средней и малой активности: железо, цинк, медь, свинец, олово, никель, вольфрам. Сульфидные руды сначала обжигают до оксидов:

\[ \ce{Fe2O3 + 3CO ->[t^\circ] 2Fe + 3CO2}; \qquad \ce{ZnO + C ->[t^\circ] Zn + CO}; \qquad \ce{WO3 + 3H2 ->[t^\circ] W + 3H2O} \]

\[ \ce{2ZnS + 3O2 ->[t^\circ] 2ZnO + 2SO2}; \qquad \ce{Cu2S + O2 ->[t^\circ] 2Cu + SO2} \]

Металлотермия — восстановление более активным металлом (алюминием, магнием) при нагревании. Ею получают хром, марганец, титан, ванадий, когда восстановление углём даёт карбиды:

\[ \ce{Cr2O3 + 2Al ->[t^\circ] 2Cr + Al2O3}; \qquad \ce{TiCl4 + 2Mg ->[t^\circ] Ti + 2MgCl2} \]

Гидрометаллургия — руду обрабатывают раствором (кислотой, цианидом), переводя металл в соль, а затем вытесняют металл более активным или выделяют электролизом: \(\ce{CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}\), \(\ce{CuSO4 + Fe -> Cu + FeSO4}\).

Электрометаллургия — электролиз. Электролизом расплавов получают самые активные металлы — литий, натрий, калий, магний, кальций, алюминий: \(\ce{2NaCl ->[\text{электролиз}] 2Na + Cl2 ^}\). Электролизом растворов получают и очищают медь, цинк, никель, серебро.

Коррозия

Коррозия — самопроизвольное разрушение металлов под действием окружающей среды. Химическая коррозия идёт при взаимодействии металла с сухими газами (окисление при высокой температуре), электрохимическая — в растворах электролитов и во влажном воздухе. Ржавление железа:

\[ \ce{4Fe + 3O2 + 6H2O -> 4Fe(OH)3} \]

Электрохимическая коррозия ускоряется, если железо контактирует с менее активным металлом (медью, оловом): образуется гальваническая пара, и разрушается более активный металл. Поэтому при повреждении луженого (покрытого оловом) железа ржавеет железо, а при повреждении оцинкованного разрушается цинк, защищая железо.

Способы защиты: покрытия (краски, лаки, эмали, слой другого металла), легирование — нержавеющая сталь содержит хром и никель, протекторная защита — присоединение более активного металла (цинка, магния), ингибиторы коррозии.