Номер 1447, страница 224 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1447. Для защиты швейных иголок от коррозии было предложено покрывать их золотом. Из-за дороговизны золота его слой был очень тонким. Однако вскоре обнаружилось, что позолота не приводит к желаемому эффекту и через некоторое время иголки начинали ржаветь. Как вы думаете почему?

Решение

Проблема, описанная в задаче, связана с явлением электрохимической коррозии и правилами защиты металлов от нее.

1. Швейные иглы производятся из стали, основной компонент которой — железо ($Fe$). Ржавчина является продуктом коррозии железа, которая протекает при одновременном доступе кислорода и воды (влаги).

2. Золото ($Au$) — это благородный, химически неактивный металл. По сравнению с железом, золото является катодным материалом, так как его стандартный электродный потенциал ($+1,50$ В) значительно выше, чем у железа ($-0,44$ В). Покрытие из более благородного металла называют катодным.

3. Катодное покрытие защищает основной металл (в данном случае железо) от коррозии только при условии полной герметичности и отсутствия пор. Оно работает по принципу барьера, физически изолируя защищаемый металл от агрессивной внешней среды.

4. В задаче указано, что слой позолоты был «очень тонким». Нанесение идеально сплошного и беспористого покрытия, особенно такого тонкого, технологически очень сложно. Практически всегда в таком покрытии есть микропоры, трещины или оно получает царапины и повреждения в процессе эксплуатации.

5. Когда целостность золотого покрытия нарушается, через поры или царапины к железу проникает влага из воздуха, которая служит электролитом. В этот момент образуется гальванический элемент (гальваническая пара), состоящий из двух разных металлов — железа и золота, — находящихся в контакте друг с другом и с электролитом.

6. В этой гальванической паре более активный металл, железо, выполняет роль анода и подвергается окислению (разрушению). Золото, как менее активный металл, становится катодом. Процесс коррозии в этом случае не просто продолжается, а значительно ускоряется. Наличие катода (золота) с большой площадью поверхности и анода (железа в поре) с малой площадью приводит к высокой плотности коррозионного тока на железе, вызывая его быстрое локальное разрушение — ржавление.

Процесс на аноде (железе): $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$.

Таким образом, попытка защитить иглы тонким слоем золота привела к обратному эффекту: в местах дефектов покрытия коррозия не только не прекратилась, но и интенсифицировалась.

Ответ:

Позолота не защитила иглы от коррозии, так как тонкий слой золота не был сплошным и имел микроскопические дефекты (поры, царапины). В местах этих дефектов сталь иглы (железо) вступала в контакт с влагой воздуха, образуя гальваническую пару «железо-золото». В этой паре железо, как более активный металл, становилось анодом и начинало корродировать даже быстрее, чем если бы оно не было покрыто золотом, так как менее активное золото (катод) ускоряло процесс его разрушения.