К сороковым годам прошлого века, химия накопила немалый опыт в изу­чении свойств самых разнообразных веществ. Химики изучили многие газы- и жидкости, горючие и негорючие вещест­ва, металлоиды и металлы и на основа­нии своих изысканий устанавливали, как должны вести себя и в природе и в усло­виях промышленного использования эле­менты и их сочетания — химические соединения. Как правило, все предска­зания химиков точнейшим образом оправ­дывались на деле. Но бывало и так. что жизненный практический опыт рез­ко- расходился а данными опытов лабо­раторий.

К таким случаям относились, напри­мер, многочисленные наблюдении за странным поведением металлов. Железо, которому по всем законам химии пола­галось растворяться в кислотах и ржа­веть на воздухе, после нагревания или обработки азотной кислотой иногда становилось не обыкновенно устойчивым. Оно начинало напоминать в этом отно­шении благородные металлы — золото и серебро, которые не окисляются на воз­духе и с трудом растворяются в кис­лотах.

Как раз в те годы, когда внимание ученых было привлечено к этому не­обыкновенному поведению, железа, в Индии была сделана интересная находка – в Дэли обнаружили большую ко­лонну почти двухтысячелетней давно­сти, причем, не в пример -многочислен­ным находкам древних памятников в Греции и Италии, это была не камен­ная, а железная колонна. Уже тот факт, что железо простояло на воздухе столь­ко времени, возбудил интерес в широ­ких «кругах ученых, но когда обнаружи­лось, что на колонне нет ни одного пятнышка ржавчины, их удивлению не было границ.

К этому лее времени выяснилось, что железо совсем не одинаково в своем необычном поведении. На свет появился новый металл — алюминий. Газеты и журналы всех стран восторженно опи­сывали его чудесные свойства. Лег­кость, прочность, простота обработки этого металла вызывали восхищение. Но химики отнеслись к появлению алюминия менее восторженно. Они определили его химические свойства и пришли к заключению, что алюминие­вые изделия не могут быть долговечны­ми, так как этот металл жадно, всту­пает в соединение с кислородом возду­ха, превращаясь при этом в мягкий окисел.

Но, вопреки пророчествам химиков, алюминий оказывался весьма устойчи­вым к действию воздуха, воды, пара и даже многих кислот.

А позднее металлурги добились по­лучения нержавеющих сталей, обладав­ших исключительно высокой химиче­ской устойчивостью. Они не тускнели и не ржавели на воздухе и в воде, не изменяли своего вида даже при таком нагревании, от которого обычное железо покрывалось толстым слоем окалины либо вовсе сгорало.

Таким образом, пришлось признать, что очень часто металлы приобретают свойства, не могущие быть объяснимы­ми с точки зрения их химических свойств. Эти особые свойства сказыва­ются на том, что химически активные металлы вдруг становятся пассивными, трудно вступающими в соединение с другими веществами.

Первым попытался объяснить, в чем тут дело, знаменитый ученый Михаил Фарадей, высказав в 1836 году смелую догадку, что железо становится неспо­собным соединяться о кислородом именно потому… что оно жадно соеди­няется с ним.

«Я вынес определенное заключение, — писал Фарадей, — что поверхность же­леза была окислена и что образование окисного покрова на железе при его нагреваний является причиной его свое­образного и неактивного состояния». Иными словами, по мнению Фарадея, при окислении железа и других метал­лов образуется окислая пленка или по­кров, защищающий металл от дальней­шего разрушение Но все попытки раз­глядеть эту защитную пленку в микроскоп или каким-нибудь иным путем обнаружить ее существование дол­гое время оставались безуспешными. Это обстоятельство многих смуща­ло. «Я не вижу на пассивном железе никакой пленки ни умственным, ни фи­зическим взором», заявил на науч­ном съезде один известный исследова­тель.

Тем не менее в 1909году русский ученый Кистяковский подробно развил взгляды Фарадея и создал теорию пас­сивности, блестяще объяснившую все наблюдавшиеся явления. Теория эта заключается в следующем: каждый- ме­талл поглощает — адсорбирует своей поверхностью кислород, Этот кислород, химически соединяясь с металлом, обра­зует окись металла, создающую плен­ку — фильм — на, поверхности. Отсюда и теория получила название фильмовой, В случае, когда эта пленка не имеет трещин и разрывов, она надежно пре­дохраняет металл от разрушения и рас­творения — делает его пассивным. Ины­ми словами, пленка не допускает к металлу новые порции кислорода, тем самым защищая его от ржавления. Если же пленка прилегает неплотно, имеет дефекты или разрушается, металл начинает ржаветь. Однако нарушенная пленка в результате окисления обна­жившегося металла имеет свойства вос­станавливаться, и «раны» на поверхно­сти металлических изделий как бы «залечиваются». На поверхности желе­за, алюминия, хрома, никеля и некото­рых других металлов это залечивание происходит быстро. Другие металлы не всегда покрываются ровной пленкой окислов, и поэтому не становятся пассивными. В этих случаях -ничто не препятствует окислению металла, и по­следний ржавеет, разрушается.

Дальнейшие исследования подтверди­ли теорию Кистяковского в действии!

Высокая устойчивость алюминия к кислороду воздуха и к воде также объясняется образованием при его окислении тончайшей защитной пленки, плотно покрывающей поверхность ме­талла.

Эта пленка настолько прочна, что алюминий почти невозможно спаять обычными приемами.

Защитная пленка окиси не дает при пайке олову соприкоснуться с чистым металлом.

Средняя толщина окислительных пленок совершенно ничтожна. На железе, напри­мер, защитные пленки имеют всего три миллионных доли миллиметра в толщи­ну, а на алюминии лишь немного боль­ше. Человеческий волос в сто тысяч раз толще такой пленки. Покров защит­ных пленок тоньше длины волн види­мого света, либо близок к ним; поэтому их и не удавалось разглядеть в обычные, не электронные микроскопы. Но, как это не удивительно, присутствие окисных пленок- мы нередко обнаружи­ваем и невооруженным глазом. Оказа­лось, что цвета побежалости при нагре­вании железа, красный цвет «японской» меди, золотистая окраска некоторых бронз возникают в результате интерфе­ренции света при отражении световых лучей от металла и от покрывающей его прозрачной окисной пленки.

Чтобы ускорить образование защит­ных пленок, разработана специальная технология обработки металлических изделий. Так, изделия: из алюминия подвергаются так называемой дихромизации или анодизации. Алюминиевая де­таль подвешивается в ванну с серной кислотой и хромовыми солями, затем через нее пропускают электрический ток. На поверхности алюминия, являю­щегося анодом (то есть соединенного с 4- источником тока) быстро образуется прочная пленка окиси, надежно защи­щающая металл. Нет почти ни одной алюминиевой или дюралюминиевой де­тали современных самолетов, которые не подвергались бы этой операции.

Иногда железо покрывают особой масляной смазкой и затем нагревают, либо подвергают специальной обработке в смесях щелочей и азотистых солей. При этом также образуется защитная окисная пленка, но черного цвета. По­этому весь этот процесс получил на­звание воронения. Воронению подверга­ются все винтовки, автоматы и пулеме­ты перед их сборкой. Изделия 513 вороненой стали почти не ржавеют на воздухе, и в воде.

Способность никеля и хрома легко покрываться окисной пленкой широко используется при гальваническом хромировании и никелировании. Хромиро­ванные ножи вилки ложки практиче­ски не изнашиваются. Никелированные предметы годами находятся на воздухе не изменяясь.

Итак, клин вышибают клином. Чтобы предотвратить окисление (ржавление) всей толщи металла, металлурги искус­ственно окисляют его поверхность, до­бываются образования тончайшей а прочнейшей окисной пленки.

Огромную роль играют защитные пленки и в борьбе со злейшим врагом всех металлов — коррозией, то есть разъеданием металлических изделий на воздухе или в воде. Между прочим, именно защитная пленка более двух тысяч лет надежно бережет от ржавле­ния найденную в Индии железную ко­лонну, о которой было упомянуто в на­чале статьи. В сухом и теплом воздухе Индии эта колонна самопроизвольно покрылась пленкой, оказавшейся столь прочной, что разрушительные си­лы коррозии были бессильны оказать свое пагубное воздействие на металл колонны.

Похожие статьи:

1. Открытие металлов
2. Принципы устройства биологических мембран
3. Бериллий
4. Первые кузнецы
5. Рассмотрение строения биомембран