Korrosjonsbeskyttende maling på fiskebåt av stål

Del 2, alle hjelpemidler

Korrosjonsbeskyttende maling på fiskebåt av stål

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Fotografi av akterenden på en fiskebåt av stål med rustflekker på overbygget, ved kai

Båter som er laget av stål, må beskyttes mot korrosjon og blir behandlet utvendig med ulike stoffer, se figur &fig:kjemi2-h21-2-4-2:

  • Lag A er to tynne lag med maling som inneholder kobber(I)oksid, Cu2O. Dette stoffet ødelegger mikroorganismer og virus.
  • Lag B binder sammen lag A og lag C.
  • Lag C er maling som inneholder stoffer som skal hindre korrosjon.
Skisse av malingslag på skipsskrog i stål: to lag C nærmest skroget, ett lag B og to lag A ytterst
Figur 1: Skisse av malingslag på skipsskrog i stål: to lag C nærmest skroget, ett lag B og to lag A ytterst
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Kobber(I)oksid kan framstilles fra resirkulert kobber i reaksjon med oksygen i luft. Reaksjonen er en redoksreaksjon. Bruk oksidasjonstall, og skriv den balanserte reaksjonsligningen for reaksjonen.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Det finnes to hovedtyper maling som skal hindre korrosjon. Den ene inneholder sinkpulver. Den andre danner et tett belegg av en type polymer. Forklar hvordan de to typene maling på hver sin måte vil bidra til å hindre korrosjon på båter laget av stål.

Polymeren som blir brukt i den ene hovedtypen maling som er beskrevet i b), er en epoksy. En epoksy er en polymer som består av to monomere. Den ene monomeren er stoffet epiklorhydrin. To trinn i framstillingen av epiklorhydrin er vist i figur 2.

Reaksjon 1: propen og klor gir 3-klorpropen og HCl. Reaksjon 2: 3-klorpropen og HClO gir 1,3-diklorpropan-2-ol og 2,3-diklorpropan-1-ol
Figur 2: Reaksjon 1: propen og klor gir 3-klorpropen og HCl. Reaksjon 2: 3-klorpropen og HClO gir 1,3-diklorpropan-2-ol og 2,3-diklorpropan-1-ol
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Hva slags type organiske reaksjoner er reaksjon 1 og reaksjon 2? Begrunn svaret.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Vurder om de to typene korrosjonsbeskyttende maling i b) er egnet for båter i aluminium.

Materialet som brukes i skipsskroget, kan bestå av karbonstål eller andre typer legeringer.

Et alternativ er aluminiumlegeringen 5083, som også består av magnesium og litt mangan og krom. Dette materialet koster mer, men er ifølge produsenten mindre utsatt for korrosjon.

På skolelaboratoriet ønsker vi å undersøke påstanden: Legering 5083 er mindre utsatt for korrosjon i saltvann enn det karbonstål er.

Følgende eksperiment foreslås:

Eksperiment 1:

  • Vei en like stor bit av hver legering.
  • Legg bitene i hver sin saltløsning i 1 time.
  • Tørk og vei bitene.

Eksperiment 2:

  • Ta en like stor bit av hver legering.
  • Legg bitene i hver sin saltløsning tilsatt rustindikator (K3Fe(CN)6) i 1 time.
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Vurder hvert av eksperimentene: Er det egnet for å teste påstanden?

Fasit

4Cu(s)+O2(g)→2Cu2O(s) (Cu: 0 → +1, O: 0 → −2)

Sink er offeranode og oksideres i stedet for jern. Polymerbelegget er en barriere som holder vann, oksygen og salt borte fra stålet.

Reaksjon 1 er en substitusjon (H byttes ut med Cl). Reaksjon 2 er en addisjon (HClO adderes til dobbeltbindingen).

Sinkmaling er ikke egnet, fordi aluminium har lavere reduksjonspotensial enn sink. Polymermaling er egnet.

Ingen av eksperimentene er egnet. Eksperiment 1 gir for liten og tvetydig masseendring. I eksperiment 2 påviser indikatoren bare Fe2+, og legering 5083 inneholder lite eller ikke noe jern.

LøsningsforslagKI-generert

Vi finner oksidasjonstallene:

  • Cu går fra 0 i Cu(s) til +1 i Cu2O. Hvert Cu-atom avgir ett elektron.
  • O går fra 0 i O2 til −2 i Cu2O. Hvert O2-molekyl tar opp fire elektroner.

Avgitte og opptatte elektroner må være like mange. Da trengs fire Cu-atomer per O2-molekyl:

4Cu(s)+O2(g)→2Cu2O(s)

Kontroll: 4 Cu og 2 O på hver side.

Sinkmaling: Sink har lavere reduksjonspotensial enn jern. Vedlegget gir E∘(Zn2+/Zn)=−0,76 V og E∘(Fe2+/Fe)=−0,45 V. Sink oksideres derfor lettere enn jern. Når sink og stål har kontakt i sjøvann, blir sinken anode:

Zn(s)→Zn2+(aq)+2e−

Elektronene går over i stålet, som blir katode. Der reduseres oksygen, i stedet for at jern oksideres:

O2(g)+2H2O(l)+4e−→4OH−(aq)

Sinken ofres, og stålet er beskyttet så lenge det er sink igjen. Beskyttelsen virker også der malingen har fått riper.

Polymermaling: Jern korroderer bare når det har kontakt med både vann og oksygen. Salt i sjøvannet gjør at det går raskere. Et tett polymerbelegg er en fysisk barriere som holder vann, oksygen og ioner borte fra stålet. Beskyttelsen virker bare så lenge belegget er helt. Blir belegget skadet, kan stålet korrodere der.

Reaksjon 1 er en substitusjon. Ett H-atom i CH3-gruppen i propen byttes ut med et Cl-atom. Dobbeltbindingen er uendret. H-atomet som blir erstattet, danner HCl sammen med det andre Cl-atomet.

Reaksjon 2 er en addisjon. Dobbeltbindingen i 3-klorpropen blir en enkeltbinding. HClO deles i Cl og OH, som bindes til hvert sitt av de to C-atomene som hadde dobbeltbinding. Det dannes ikke noe biprodukt. De to produktene er isomerer: OH kan bindes til det ytterste eller det midterste C-atomet.

Sinkmaling: Aluminium har lavere reduksjonspotensial enn sink. Vedlegget gir E∘(Al3+/Al)=−1,66 V og E∘(Zn2+/Zn)=−0,76 V. Aluminium oksideres derfor lettere enn sink. Sink kan ikke være offeranode for aluminium. Tvert imot kan aluminiumet bli anode og korrodere når det har kontakt med sinken. Sinkmaling er ikke egnet. En offeranode for aluminium må ha lavere reduksjonspotensial enn aluminium, for eksempel magnesium (−2,37 V). Vurderingen bygger på standardpotensialene. I praksis gjør oksidlaget på aluminium bildet mer nyansert.

Polymermaling: Barrieren virker uavhengig av hvilket metall den dekker. Den holder vann, oksygen og salt borte fra aluminiumet. Polymermaling er egnet, så lenge belegget er helt.

Eksperiment 1 er ikke egnet.

  • På 1 time korroderer metallene svært lite. Masseendringen blir trolig mindre enn det vekta kan måle.
  • Korrosjonsprodukter som blir sittende på biten, øker massen fordi oksygen bindes. Produkter som løsner, gir lavere masse. Masseendringen er derfor ikke et entydig mål på korrosjon.
  • Salt fra løsningen kan bli igjen på bitene etter tørking.

Eksperimentet kan forbedres ved at bitene ligger i saltløsningen i flere uker, og at løse korrosjonsprodukter og salt skylles bort før veiing. Bitene må ha samme overflateareal og ligge i løsninger med samme saltkonsentrasjon.

Eksperiment 2 er ikke egnet. Vedlegget viser at K3Fe(CN)6 gir mørkeblått bunnfall med Fe2+. Karbonstål er nesten bare jern, som korroderer til Fe2+:

Fe(s)→Fe2+(aq)+2e−

Blåfarge viser altså at stålet korroderer. Legering 5083 består hovedsakelig av aluminium og magnesium og inneholder lite eller ikke noe jern. Når den korroderer, dannes Al3+ og Mg2+, som ikke gir farge med indikatoren. At løsningen med 5083 ikke blir blå, betyr derfor ikke at legeringen ikke korroderer. Eksperimentet kan vise at stålet korroderer, men kan ikke sammenligne de to legeringene.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i kjemi. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2021. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt