ABSOLVENTSKÁ PRÁCE ZÁKLADNÍ ŠKOLA, ŠKOLNÍ 24, BYSTRÉ 569 92 9. ROČNÍK ABY TO NEZREZLO Pavel Edlman, Tomáš Pruška ŠKOLNÍ ROK 2015/2016
Prohlašujeme, že jsme absolventskou práci vypracovali samostatně a všechny použité zdroje jsme řádně uvedli. Děkujeme za pomoc při zpracování tématu našemu garantovi panu učiteli Tomáši Vargovi. V Bystrém dne 20.5. 2016
1 Obsah 1 Obsah...1 2 Úvod...2 3 Co je to koroze...2 3.1 Koroze v testovaných prostředích...2 3.2 Jakým způsobem chrání ochranné prostředky před korozí...2 4 Naše předpoklady...3 5 Vypracování...4 5.1 První týden...4 5.1.1 Vosk...4 5.1.2 Izolepa...5 5.1.3 Natřený hřebík...6 5.1.4 Poměděný hřebík...7 5.1.5 Vazelína...8 5.2 První pozorování (první měsíc)...9 5.2.1 Vosk...10 5.2.2 Izolepa...11 5.2.3 Natřený hřebík...12 5.2.4 Poměděný hřebík...13 5.2.5 Vazelína...14 5.3 Druhé pozorování (druhý měsíc)...15 5.4 Poslední pozorování a ukončení výzkumu...15 5.4.1 Vosk...16 5.4.2 Izolepa...17 5.4.3 Natřený hřebík...18 5.4.4 Poměděný hřebík...19 5.4.5 Vazelína...20 6 Závěr...21 7 Přehled použitých zdrojů...22-1-
2 Úvod Tuto práci jsme si vybrali, protože nás dané téma zaujalo a chtěli jsme se o něm dozvědět něco nového. Úkolem naší práce je porovnat ochranná opatření proti korozi železa v jednotlivých prostředích. Jako testovací objekty nám poslouží odmaštěné hřebíky, na kterých vyzkoušíme různé způsoby ochran před korozí. 3 Co je to koroze Koroze je samovolné, postupné rozrušení kovů či nekovových organických i anorganických materiálů (např. hornin či plastů) vlivem chemické nebo elektrochemické reakce s okolním prostředím. Může probíhat v plynech, v kapalinách, ale i v zeminách či různých chemických látkách, které jsou s materiálem ve styku. Toto rozrušování se může projevovat rozdílně; od změny vzhledu až po úplný rozpad celistvosti. Koroze je způsobena elektrochemickými procesy. Hlavním činitelem koroze je atmosférický kyslík, resp. hydroxidová skupina (OH), dále anionty vzniklé z kyselin (CO32-, Cl-, NO2-, SO42-, apod.) Vodíkové ionty kyselin se nahrazují ionty kovu, čímž vznikají soli. Koroze je samovolné vzájemné působení mezi prostředím a materiálem, které má za následek znehodnocování materiálu.[1] 3.1 Koroze v testovaných prostředích Kyselina citronová- Kyselina má nízké hodnoty ph, proto je hlavní reakcí při korozi kovů vylučování vodíku. Vzniká sůl kyseliny. Hydroxid sodný- Zde koroze probíhá v alkalickém prostředí. Vzniká hydroxid železnatý. Ten vytváří na povrchu vrstvičku, díky které koroze nepokračuje do hloubky. Chlorid sodný- Urychluje rovnoměrnou korozi, a proto vzniká štěrbinová a bodová koroze. Dále také negativně působí přítomnost oxidačních látek.[2] 3.2 Jakým způsobem chrání ochranné prostředky před korozí Vosk Zamezuje proniknutí korozivního prostředí k hřebíku. Vytváří nepropustnou vrstvu. Odpuzuje vodu. Vazelína - Zamezuje proniknutí korozivního prostředí k hřebíku. Vytváří nepropustnou vrstvu. Odpuzuje vodu. Izolepa - Zamezuje proniknutí korozivního prostředí k hřebíku. Vytváří nepropustnou vrstvu. Pomědění Vytváří vrstvu odolného kovu bránící proniknutí korozivního prostředí k hřebíku. Syntetická barva - Zamezuje proniknutí korozivního prostředí k hřebíku. Vytváří nepropustnou vrstvu. -2-
4 Naše předpoklady Myslíme si, že jako nejlepší ochranou bude vosk, protože velká vrstva vosku zabrání průniku prostředí. Jako další si myslíme, že bude izolepa přes kterou se prostředí nedostane. Barva si myslíme, že se poškodí a prostředí získá danou barvu. U pomědění si myslíme, že dopadne podobně jako barva. U vazelíny předpokládáme, že se nic zásadního nestane. Jako nejkorozivnější prostředí očekáváme, že bude kyselina citronová. Další pořadí jsme si stanovili- roztok NaCl, destilovaná voda, hydroxid sodný a u vzduchu předpokládáme, že se nic nestane. -3-
5 Vypracování Začali jsme tím, že jsme si zvolili prostředí ve kterých budeme zkoumat. Rozhodli jsme se pro pět různých prostředí a těmi jsou vzduch, kyselina citronová, roztok chloridu sodného (NaCl), destilovaná voda a hydroxid sodný. Následně jsme se dohodli na pěti ochranných prostředcích, které použijeme a jsou jimi izolepová páska, vosk,pomědění, barva a vazelína. Prvních šest hřebíků jsme nechali bez ochrany jako kontrolní vzorky. Potom jsme vždy dali jednu ochranu na šest hřebíku. Pak jsme si připravili 30 zkumavek, které jsme rozdělili po šesti a začali jsme do nich dávat jednotlivá prostředí. A pak jsme vložili hřebíky s ochranou do jednotlivých zkumavek. Vždy jsme vyfotili jednotlivé prostředí a následně dvě zkumavky, abychom viděli co se děje v jednotlivé zkumavce. 5.1 První týden Po jednom týdnu jsme si mysleli, že jsme zjistili, která prostředí budou na hřebíky nejvíce působit. Asi nejvíce se projevil roztok chloridu sodného ve, kterém se začala měnit barva roztoku z průhledné na světle oranžovou. Polovina hřebíků zůstala v pořádku a nic kromě trošku tmavějšího dna se nestalo. Kontrolní vzorek už začal reznout a můžeme vidět jak rez vyplouvá na vrchol zkumavky. Největší změna se, ale stala ve vazelínové ochraně a poměděném hřebíku, tam se barva změnila nejvíce. V destilované vodě se reakce rozdělili na dva typy. Ve čtyřech zkumavkách se nestalo nic, ale v kontrolním vzorku a v poměděném hřebíku se změnila barva destilované vody na zelenou. V hydroxidu sodném se změnila jen jedna zkumavka ve které byl poměděný hřebík a tam získal hydroxid světle modrou barvu. Ve vzduchu se nic patrného nestalo, a proto jsme si začali myslet, že vzduch bude nejméně reaktivní prostředí. 5.1.1 Vosk Fotografie 1: Vosk v destilované vodě Fotografie 2: Vosk v hydroxidu sodném -4- Fotografie 3: Vosk v chloridu sodném
Fotografie 4: Vosk v kyselině Fotografie 5: Vosk ve vzduchu 5.1.2 Izolepa Fotografie 8: Izolepa v destilované vodě Fotografie 7: Izolepa v hydroxidu -5- Fotografie 6: Izolepa v roztoku NaCl
Fotografie 10: Izolepa v kyselině Fotografie 9: Izolepa ve vzduchu 5.1.3 Natřený hřebík Fotografie 12: Natřený hřebík v destilované vodě Fotografie 13: Natřený hřebík v hydroxidu -6- Fotografie 11: Natřený hřebík v roztoku NaCl
Fotografie 14: Natřený hřebík v kyselině Fotografie 15: Natřený hřebík ve vzduchu 5.1.4 Poměděný hřebík Fotografie 17: Poměděný hřebík v destilované vodě Fotografie 16: Poměděný hřebík v hydroxidu -7-
Fotografie 18: Poměděný hřebík v kyselině Fotografie 19: Poměděný hřebík ve vzduchu 5.1.5 Vazelína Fotografie 20: Vazelína v kyselině Fotografie 21: Vazelína ve vzduchu -8-
Fotografie 23: Vazelína v destilované vodě Fotografie 22: Vazelína v hydroxidu 5.2 První pozorování (první měsíc) Za jeden měsíc se potvrdil náš předpoklad, že roztok chloridu sodného bude nejvíce reaktivní prostředí. U kontrolního vzorku získal roztok světle modrou barvu a vrchu se shromáždilo více rzi. Z poměděného hřebíku se začala ztrácet poměděná ochrana a začalo se shromažďovat na vrcholu zkumavky. Ve voskové ochraně se zatím nic nestalo, a proto se zatím zdá jako nejlepší ochranný způsob. Poslední dvě zkumavky (barva, izolepa) trošku změnily barvu roztoku na oranžovou. Vazelínové ochraně se nic nezměnilo. Destilovaná voda dopadla jako při minulém pozorování, ve čtyřech zkumavkách se nestalo nic. Při prvním pozorování byla rez u kontrolního vzorku je dně a vrcholu zkumavky, ale teď se rez rozšířila do celého obsahu zkumavky. Destilovaná voda v poměděném hřebíku změnila barvu ze zelené na tmavě oranžovou. S hřebíky v hydroxidu sodném se nic nedělo. Největší reakce v kyselině citronové proběhla u hřebíku s izolepovou ochranou, ve které začala kyselina měnit barva na žlutou a přitom se začala odtrhávat izolepa od hřebíku. U vzdušného prostředí stále nevznikala žádná reakce a z toho jsme usoudili, že vzduch bude nejméně reaktivní prostředí. -9-
5.2.1 Vosk Fotografie 24: Vosk v destilované vodě Fotografie 26: Vosk v hydroxidu Fotografie 28: Vosk v kyselině Fotografie 27: Vosk ve vzduchu - 10 - Fotografie 25: Vosk v roztoku NaCl
5.2.2 Izolepa Fotografie 30: Izolepa v destilované vodě Fotografie 32: Izolepa v kyselině Fotografie 29: Izolepa v roztoku NaCl Fotografie 33: Izolepa ve vzduchu - 11 - Fotografie 31: Izolepa v hydroxidu
5.2.3 Natřený hřebík Fotografie 35: Natřený hřebík v destilované vodě Fotografie 37: Natřený hřebík v kyselině Fotografie 34: Natřený hřebík v roztoku NaCl Fotografie 38: Natřený hřebík ve vzduchu - 12 - Fotografie 36: Natřený hřebík v hydroxidu
5.2.4 Poměděný hřebík Fotografie 41: Poměděný hřebík v destilované vodě Fotografie 42: Poměděný hřebík v kyselině Fotografie 39: Poměděný hřebík v hydroxidu Fotografie 40: Poměděný hřebík v roztoku NaCl Fotografie 43: Poměděný hřebík ve vzduchu - 13 -
5.2.5 Vazelína Fotografie 44: Vazelína v destilované vodě Fotografie 46: Vazelína v kyselině Fotografie 45: Vazelína v hydroxidu Fotografie 47: Vazelína ve vzduchu - 14 -
5.3 Druhé pozorování (druhý měsíc) V roztoku chloridu sodného se nejvíce projevil kontrolní vzorek, kde se barva roztoku změnila ze světle modré na tmavě modrou, která je příliš hustá, a proto už není vidět hřebík. Roztok v poměděném hřebíku má teď tmavě červené dno a prostředek, ale vrchol zkumavky je černý. U vazelínové ochrany se barva roztoku stala z oranžové zelenou. Na natřeném hřebíku je vidět, že už začíná reznout, a proto má nyní roztok tmavší barvu. U poslední zkumavky s izolepou si můžeme všimnout, že izolepa se začíná odtrhávat a že zkumavka má tmavší dno. Vosková ochrana se stále nepoškodila, dokonce ani roztok nezměnil barvu. Největší změna v kyselině citronové se stala s izolepovou ochranou, která změnila barvu na černou. V natřeném hřebíku zase kyselina získala barvu průhledně žlutou. S voskovou ochranou se konečně něco stalo. Kyselině se začala měnit barva na žlutozelenou. Kyselina citronová v poměděném hřebíku je nyní dvojbarevná (tmavě žlutá a černá). Zbylé dva hřebíky zůstali beze změny. U hydroxidu sodného se začala poškozovat izolepová ochrana. U poměděného hřebíku se začala měnit barva hydroxidu na světle modrou. Voskové ochraně se nic nestalo, ale hydroxid získává nažloutlou barvu. U natřeného hřebíku začala barva odpadávat. S kontrolním vzorkem a vazelínou se nic neděje. V destilované vodě se nejvíce poškodil kontrolní vzorek, který pokračoval v reznutí a díky tomu je destilovaná voda ve zkumavce černá. U vazelína nastali jen malé změny a to, že hydroxid má oranžové dno. Pomědění se poškodilo tak, že hřebík zrezl a teď má destilovaná voda hnědou barvu. Nejlépe se daří vosku, natřenému hřebíku a izolepě ti se vůbec nepoškodili. Se vzduchem se nic nedělo a jediná změna, kterou můžeme vidět je, že ve zkumavkách je prach. 5.4 Poslední pozorování a ukončení výzkumu Při ukončení výzkumu jsme vyfotili jednotlivou zkumavku zvlášt. Potom jsme hřebíky vyndali a sundali izolepovou a voskovou ochranu a jednotlivě nafotili. Kyselina citronová poškodila izolepu, která má nyní černou barvu. Nejzajímavěji dopadl poměděný hřebík u, kterého se z poškozeného pomědění vytvořil měděný objekt, který se drží na konci hřebíku. Vosk se trošku rozpustil a můžeme a něm vidět stříbrná místa. Kontrolní vzorek má teď na sobě černá místa. Kyselina ve vazelínovém hřebíku má teď černou barvu. Natřený hřebík má na místech setřenou barvu. Kontrolní vzorek v roztoku chloridu sodného je nyní zrezlý a navíc už není hladký dokonce se na něm vytvořily hrboly. Vazelína se na hřebíku udržela, ale roztok NaCl má hnědou barvu. Poměděný hřebík dopadl asi nejhůře. Pomědění vytvořilo objekty. Roztok naprosto poškodil izolepu, která zůstala jen na hlavičce hřebíku. Vosk se vůbec nepoškodil. Natřený hřebík je na místech odřený. Destilovaná voda poškodila kontrolní hřebík podobně jako roztok chloridu sodného. Vazelína už není na hřebíku, a proto jsou na něm zrezivělá místa. Na poměděném hřebíku se vytvořili hrboly. Vosk je na některých částech roztaven. Natřený hřebík si vedl nejlépe není vůbec poškozený. Izolepová ochrana zůstala a hřebík je nepoškozen. Kontrolní vzorek u hydroxidu sodného trošku zrezl. Vazelína už není na hřebíku, ale ten zůstal nepoškozený. Poměděný hřebík má nyní hnědou barvu. Hydroxid sodný nezanechal na vosku žádné následky. Natřený hřebík má nyní bílou hlavičku. Izolepová ochrana je poškozená a drolí se, ale hřebík zůstal v pořádku - 15 -
5.4.1 Vosk Fotografie 48: Vosk v roztoku NaCl Fotografie 52: Vosk v hydroxidu Fotografie 50: Vosk v kyselině Fotografie 51: Vosk v destilované vodě - 16 - Fotografie 49: Vosk ve vzduchu
5.4.2 Izolepa Fotografie 55: Izolepa v roztoku NaCl Fotografie 56: Izolepa v destilované vodě Fotografie 53: Izolepa v kyselině Fotografie 57: Izolepa ve vzduchu - 17 - Fotografie 54: Izolepa v hydroxidu
5.4.3 Natřený hřebík Fotografie 60: Natřený hřebík v roztoku NaCl Fotografie 62: Natřený hřebík v hydroxidu Fotografie 59: Natřený hřebík v kyselině Fotografie 61: Natřený hřebík v destilované vodě - 18 - Fotografie 58: Natřený hřebík ve vzduchu
5.4.4 Poměděný hřebík Fotografie 65: Poměděný hřebík v roztoku NaCl Fotografie 64: Poměděný hřebík v kyselině Fotografie 66: Poměděný hřebík v hydroxidu Fotografie 67: Poměděný hřebík v destilované vodě - 19 - Fotografie 63: Poměděný hřebík ve vzduchu
5.4.5 Vazelína Fotografie 70: Vazelína v roztoku NaCl Fotografie 71: Vazelína v hydroxidu Fotografie 69: Vazelína v kyselině Fotografie 72: Vazelína v destilované vodě - 20 - Fotografie 68: Vazelína ve vzduchu
6 Závěr Naším úkolem bylo porovnat ochranná opatření proti korozi v různých prostředích. Nejlepší ochrana, kterou jsme použili byl vosk, který se nikde nepoškodil. Jako nejhorší ochrana je podle nás pomědění, které kvůli vznikajícímu galvanickému článku bylo poškozeno. Z pěti prostředí ve kterých jsme testovali se nejvíce hřebíků poškodilo v roztoku chloridu sodného, kterému odolal jenom vosk. Další prostředí byla destilovaná voda, a tam to bylo půl na půl. Polovina hřebíků se poškodila a polovina zůstala v pořádku i s ochranným prostředkem. Kyselina citronová byla po chloridu nejvíce reaktivním prostředím. Jenom dva hřebíky nebyly poškozeny a to vosk a natřený hřebík. V hydroxidu sodném byly poškozeny pouze dva hřebíky a to byl kontrolní vzorek a nabarvený hřebík. Poslední prostředí je vzduch, ve kterém se nic nestalo. Porovnáme-li výsledky se vstupními předpoklady, tak pokusy dopadly podle našeho očekávání. Byli jsme překvapeni, že v hydroxidu sodném neproběhly žádné zřetelné změny. - 21 -
7 Přehled použitých zdrojů [1] Koroze. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation [cit. 2016-05-17]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/koroze [2] NOVÁK, Pavel. Koroze ve vodných roztocích průmyslových elektrolytů. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze [online]. [cit. 2016-05-20]. Dostupné z: http://old.vscht.cz/met/stranky/vyuka/labcv/korozni_inzenyrstvi_se/koroze/p_prumys.htm - 22 -