KOVY
CO JSOU KOVY?
Z chemického hlediska:
- Elektropozitivní, snaha předávat valenční
elektrony a tvořit jednoatomové kationty
(Na+, K+, Ca2*, …)
- Becketova řada napětí kovů
- Kov stojící vlevo je schopen kov
stojící vpravo (v kladném oxidačním
stavu) zredukovat a sám se oxiduje
- Alkalické, alkalických zemin, přechodné,
nepřechodné, ušlechtilé, skupina železa,
platinové, lanthanoidy a aktinoidy
Z průmyslového hlediska:
- Kovové materiály – slitiny kovů nebo kovů
s nekovy
- Využívány pro ojedinělé fyzikální
vlastnosti, snadnou opracovatelnost
- První zpracování již 7 000 př. Kristem
Vlastnosti
- Vysoká elektrická a tepelná vodivost,
- kujné, lesklé, pružné, houževnaté,
odolné
- obvykle vysoká teplota tání a varu,
- mohou být toxické (Hg, Pb, Cd)
VÝSKYT KOVŮ
Ve sloučeninách ve formě:
Oxidů (nejčastěji):
Fe2O3 – rez
TiO2
Al2O3
SnO
Sulfidů:
FeS2 – pyrit
HgS – cinabarit
Ag2S – akantit
Halogenidů:
NaCl – halit
Ryzí kovy:
Au
Ag
Pt
Cu
VÝROBA Z RUD
Separační postupy
Odstranění doprovodných hornin a substancí – založeno na fyzikálních jevech
Chemické reakce
• Termický rozklad - dodáním tepla
Oxidů kovů 2HgO → 2Hg + O2
Karbonylů/halogenidů kovů [Fe(CO)5] → Fe + 5CO
• Redukce – v přítomnosti redukčních činidel (C, CO, H)
Redukce vodíkem WO3 + 3H2 → W + 3H2O
Metalotermické r. (Aluminotermie ) Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3
Cementační reakce (kov kovem) Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4
Elektrolýza (redukce na katodě) – princip galvanoplastiky
• Pražení
Výroba kovů ze sulfidů HgS + O2 → Hg + SO2
STRUKTURA A VLASTNOSTI KOVŮ
KRYSTALOVÁ STRUKTURA
Atomy v jednotlivých zrnech kovu i dalších přítomných
fázích v prostoru uspořádány pravidelně
Studium pomocí rentgenové difrakce
Elementární buňka – pravidelně se opakující šestistěn,
tvoří krystal – zrno
Struktura
- Hexagonální – nejtěsněji uspořádané, elementární
buňkou je hranol s podstavou ve tvaru kosočtverce,
Mg, Zn, Cd
- Kubická plošně centrovaná – elementární buňkou je
krychle, atomy ve vrcholech a středech všech stěn,
Al, Cu, Ni, Au, Pt
- Kubická prostorově centrovaná – nemá maximální
zaplnění prostoru, atomy ve vrcholech a v průsečíku
úhlopříček, α-Fe, Mo, Cr, W, V
Poruchy krystalové struktury
Odchylky od ideálního stavu ovlivňují technicky důležité vlastnosti
a) Bodové poruchy
• vakance (chybí atom v mřížce)
• intersticiály (vmezeření atomu)
• substituce (nahrazení atomu základního kovu atomem příměsi)
• intersticiální příměsi (vmezeření příměsi mezi atomy základního kovu)
b) Čárové poruchy
• dislokace - vznikají během tuhnutí kovu – ovlivňuje trvalou deformaci, s
nižší pohyblivostí dislokací získáme tvrdší a pevnější materiál – dochází ke
zpevnění
c) Čárové poruchy
• hranice zrn – zvýšená koncentrace bodových i čárových poruch
• mezifázové hranice (u vícefázových materiálů) – chemické složení,
krystalová struktura i fyzikální vlastnosti se skokově mění při přechodu z
jedné fáze do druhé
• obě poruchy – významný vliv na mechanické vlastnosti: jemnozrnný
materiál → celková plocha hranic zrn větší → účinnější překážka plas cké
deformace → pevnější a tvrdší materiál
d) Prostorové poruchy (většinou z výroby)
• Dutiny – rozdílný objem taveniny a ztuhlé slitiny; plyny v tavenině
• Trhliny – vnitřní pnutí materiálu,
MIKROSTRUKTURA KOVŮ (METALOGRAFIE)
Dána druhy, morfologií a uspořádáním částic fází, velikostí a tvarem zrn,
poruchami struktury – vliv na mechanické vlastnosti.
Materiál stejného chemického složení může mít jinou mikrostrukturu na
základě jiného postupu výroby, např. vyžíhaná ocel je relativně měkká, zakalená
ocel je tvrdá.
Lze studovat světelnou a elektronovou mikroskopií – na vyleštěném výbrusu
sledujeme viditelné hranice zrn a přítomné fáze
Fázové složení – základní kov a legující složka
Lze ovlivnit metalurgickými postupy
Fázové diagramy poskytují informace o
fázovém složení a rozložení jednotlivých fází
KOROZE KOVŮ
„Koroze kovů je fyzikálně-chemická interakce kovu a prostředí, vedoucí ke změně
vlastností kovu, které mohou vyvolávat významné zhoršení funkce kovu, prostředí
nebo technického systému, jehož jsou kov a prostředí složkami.“
Koroze ⨯ korozní produkt
Vede ke snížení primárních užitných vlastností výrobků – snížení mechanických
vlastností, zhoršení přestupu tepla, zhoršení estetických vlastností, až ztráta
integrity.
Kovy jsou elektricky vodivé a jsou často vystaveny účinku vodného elektrolytu →
koroze je téměř vždy elektrochemická přeměna anodickým rozpouštěním
Korozi kovů v podstatě nejde zastavit – korozní rychlost – u kovových předmětů
kulturního dědictví by měla být do 0,01 μ za rok. Nulová korozní rychlost je
nerálná, protože kovy jsou exponovány v prostředí s určitým obsahem vody, která
vytváří podmínky pro vznik elektrolytu
Obory zabývající se korozí
- Korozní inženýrství – principy korozních procesů, mechanismy jednotlivých druhů koroze, technologie
protikorozní ochrany
- Korozní věda – vysvětlit mechanismy korozních procesů, hledat nové korozně odolné materiály
Elektrochemická koroze
Při těsném, plošném spojení dvou odlišných kovů dochází v
místě kontaktu ke vzniku tzv. elektrochemického článku
(galvanický, elektrolytický).
Kovy se liší svým standardním redoxním potenciálem, z
jejichž rozdílu lze měřit rovnovážné napětí článku
Článek vzniká v prostředí elektrolytu (vzdušná vlhkost), kde
dochází k výměně iontů (anoda-katoda)
Elektrolytem může být kapalná i pevná fáze, která je
iontově vodivá.
Děj probíhá i za pouhé přítomnosti vzdušné vlhkosti
DRUHY KOROZE
PLOŠNÁ KOROZE – na celém povrchu, +/- stejnou rychlostí
ŠTĚRBINOVÁ KOROZE
Vzniká ve spárách a štěrbinách, nevětraných dutinách kde
se hromadí voda
BODOVÁ A DŮLOVÁ KOROZE
Lokalizovaná, na kovovém povrchu vznikají hluboké důlky a
okolní povrch zůstává bez napadení
KONTAKTNÍ KOROZE
V místě kontaktu dvou různých kovů, koroduje méně
ušlechtilý kov
MEZIKRYSTALOVÁ KOROZE
Způsobena strukturní a chemickou nehomogenitou kovu na
hranici zrn; projevuje se při svařování
SELEKTIVNÍ KOROZE
Odstranění jedné složky slitiny, např. odzinkování mosazí
KOROZNÍ PROSTŘEDÍ
ATMOSFÉRA
Až 80 % veškeré koroze,
Ovlivněna především relativní vlhkostí atmosféry
Povrchová rez, podkorodování, poškození spojů
VODA
Vodné prostředí – čistá voda, slabě koncentrované
roztoky
Ovlivněno příměsemi obsaženými ve vodném
prostředí (O2, soli, organické látky, pH, teplota,
obsah pevných částic, rychlost prodění)
PŮDA
Korozní agresivita ovlivněna typem a soudržností půdy,
homogenitou, chemickým složením půdního elektrolytu, pH a
redox potenciálu, kolísáním spodní vody (vlhkost), hloubkou,
ročním obdodobím, mikroorganismy
Jílové půdy jsou agresivnější než propustné půdy
STYK SE STAVEBNÍMI HMOTAMI
Při styku s nealkalickými silikátovými
materiály (cihla, kámen, …) – propustné
pro vlhkost → praskání silikátů, vznik
barevných skvrn
MIKROBIÁLNÍ KOROZE
Stimulace korozních procesů mikroorganismy - mohou využívat složky prostředí nebo
korozní produkty pro svůj metabolismus
Mikroorganismy ve vodném prostředí – uchy se na povrch a rostou → vrstva biofilmu –
způsobuje změny v chemickém složení i ve fyzikálních podmínkách
- bakterie schopné oxidovat Fe2+ na Fe3+
- mikroorganismy jako zdroj agresivních látek, např. produkce H2SO4 síru oxidujícími
bakteriemi
- vznik koncentračních článků
https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/2001/cislo-4/mikrobialni-koroze-kovu.html
https://www.engineering.sk/strojarstvo-extra/3442-mikrobiologicka-koroze-priciny-a-
formy-napadeni