化学科学素养的核心是化学基本观念。以下是中学化学小
摘要：钢铁的除锈处理是涂装工艺的重要组成部分，对防腐蚀涂装的成败起着决定性的作用。本文主要从锈蚀产物的生成，分析了两种不同转化剂对锈蚀产物转化的作用机理，并对铁锈转化剂的应用和发展趋势作了简要的概括和展望。
论文关键词：铁锈转化剂,带锈涂料,防腐
随着现代工业的飞速发展，钢铁材料的防腐工作越来越引起各方面的重视。为了保护钢铁不受腐蚀，延长其使用寿命，对钢铁进行防腐蚀涂装成为一种最经济和有效的方法[1]。为了获得优良的耐腐蚀性能，涂装前必须把钢材上的铁锈清除干净，否则会由于铁锈的不断膨胀导致漆膜和防腐效果很差，因此，钢铁的除锈处理是涂装工艺的重要组成部分，对防腐蚀涂装的成败起着决定性的作用。但是许多大型建筑、桥梁、船舶等复杂的钢结构构件在维修过程中由于受施工条件的限制，难以采用机械化施工方法，只能采用手工或电动工具进行除锈，其结果必然有铁锈和各种腐蚀产物的残留，导致除锈质量难以得到保证、施工艰难、费用巨大[2]。同时，由于安全、环境保护和劳动保护方面的原因，除锈涂料向着高性能、施工方便、高效、符合环保要求的方向发展。
带锈涂料根据其与钢铁锈蚀结合方式的不同，可分为转化型、稳定型、渗透型3种[2]。其中转化型带锈涂料由于具有除锈效果好、对钢铁表面无害、有保护作用的特点，正被越来越多的采用。这类转化型带锈涂料所用转化剂主要有亚铁氰酸和丹宁酸等。本文主要从锈蚀产物的生成，阐述两种不同转化剂锈蚀转化机理，最后对铁锈转化剂的应用和发展趋势作了概括和展望。
锈蚀生成过程
钢铁是热力学性质不稳定的结构材料，因此在其表面构成一个活性表面，暴露在空气中受到氧气、水分及其他腐蚀介质作用必然发生腐蚀，转化成铁锈。铁锈疏松多孔，不仅不能阻止钢铁构件与空气和水的接触，还会把空气和水分保留在钢铁构件的表面，进一步加速钢铁的锈蚀。同时，铁又是一个多化合价的金属，从钢铁腐蚀起，它由低价的铁变成稳定的高价化合物。由于铁锈生成过程是持续和不断进行的，所以，铁锈实际上是一个复杂的铁化合物。
铁锈生成过程实际上就是钢铁的电化学腐蚀过程。钢铁在潮湿空气里，其表面因吸附作用而覆盖一层极薄的水膜、水微弱电离产生少量H+和OH-，同时由于空气中CO2的溶解，水里H+增多，这样表面就形成了一层弱酸性电解质溶液薄膜，它跟钢铁里的铁和杂质或碳就形成了无数微小原电池。其中铁为负极，碳为正极，发生原电池反应。
铁作为负极失去电子被氧化：(-)Fe-2e=Fe2+
水膜里溶解的氧气作为阳极得到电子被还原：(+)2H2O+O2+4e=4OH-
随着OH-浓度逐渐增大，则OH-与Fe2+结合生成Fe(OH)2。Fe(OH)2被空气中氧所氧化生成氢氧化铁：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
空气中的二氧化碳跟氢氧化铁反应，就生成红褐色的碱式碳酸铁。此外，铁与空气中的氧气反应还生成氧化铁，这些铁的化合物就是铁锈的主要成分。
从锈蚀表观层次来看[3]，分三层：面层浮锈，中层粒锈带锈涂料，底锈带锈涂料。上层的锈蚀较疏松，是已成熟、惰性的物质，底层锈蚀较紧密，是正在成长的'、活性的，它紧靠钢铁表面呈群落分布。在疏松、惰性的浮锈上涂漆，由于很难起反应，涂漆得不到良好的附着；然而去除浮锈在底锈上涂漆，由于它是活性的，碰到水、氧等介质又会继续反应，即穿过漆膜再次呈现锈蚀。因此，为了使铁锈转化剂发挥更好的效果，减少浪费，降低成本，在涂覆时应首先去除上层疏松的锈蚀（浮锈），然后再将其涂覆在底层的锈蚀上，这样可以使锈蚀呈稳定状态并相互有很好的附着，从而达到良好的防锈除锈作用。
锈蚀转化机理
转化型带锈涂料是利用能与铁锈起化学反应的转化剂，将铁锈转化为结构稳定致密的铁合化物，这种化合物没有去极化作用，可紧密地附着在钢结构表面，又可与耐蚀涂层良好键合，而成为耐蚀涂层与钢结构表面间接偶联物。根据转化型带锈涂料所用转化剂的不同，锈蚀转化机理也不同。常用的转化剂有磷酸-亚铁氰酸及磷酸-丹宁酸等。
磷酸-亚铁氰酸型转化剂与铁锈起反应包括两个过程：
1、亚铁氰酸与铁锈起作用，生成亚铁氰酸盐；
2、磷酸与铁锈发生反应，使钢铁表面钝化。
如以铁锈中的铁锈转化剂为例，亚铁氰酸与其反应生成亚铁氰酸铁[1]：
该反应在碱性或中性条件下速度很慢，在带锈涂料中加入磷酸可显著加快反应速度；此外磷酸可直接与铁锈发生磷化反应，生成稳定致密的磷化铁：
铁锈转化剂防锈机理研究
如国内研制的H06-18就是亚铁***与磷酸组成的转化型带锈涂料，作为舰船、化工设备及重型机械行业钢结构表面除锈和耐蚀底层涂料，已得到推广使用。
磷酸-丹宁酸型的作用机理是丹宁酸与钢铁表面及锈层中的铁离子作用生成丹宁酸铁的钝化层（稳定的螯合物），强有力地附着在金属表面，形成一种良好的不溶性保护膜，抑制腐蚀过程，达到稳定铁锈的目的[4]；同时，磷酸能加速丹宁酸铁络合物的形成，具有防锈作用。此外，磷酸直接与铁锈反应生成耐腐蚀的磷酸盐及钝化膜，它能使膜层附着牢固，具有阴极化和阻蚀钝化作用。
应用与发展趋势
转化型带锈涂料可用于铁锈层较厚的表面，转化速度快，但由于本身呈酸性，对其后的配套面漆有一定的破坏作用，因而要求配套面层涂料耐酸。转化型涂料在应用时，必须考虑被涂物锈层的厚度、均匀性以及转化液的用量。为取得较好的效果，施工人员应先作试验。另外，转化型涂料应添加少量缓蚀剂，以防止残留酸的腐蚀。
随着环保意识的不断增强，铁锈转化剂的研究正向着水基环保方向发展。近年来纳米技术也开始应用到水基防锈技术中，这无疑给防锈技术的研究和应用开辟了广阔前景。目前，多功能的水基防锈剂研究开发及应用渐成趋势，如除油、除锈“二合一”，除油、除锈、防锈“三合一”的产品也日益增多[5]。因此，具有防锈性好、性质稳定、价格成本低、减少污染、功能齐全的水基防锈剂是带锈涂料今后发展的趋势。
一、兴趣是有效教学的基础
新课程标准对化学教学也提出了响应的要求，教学时需要先培养学生对化学学科的学习兴趣。学生一旦对某一课程有了兴趣，就会主动投入进去，积极性也会随之高涨起来。比如说，教师可以适当地开展一些趣味性较强的实验，以此来激发学生的学习兴趣。比如在教学“元素化合物”的相关内容时，就可以组织学生进行有关化学方程式的背默比赛。作为一名化学教师，需要时刻体现出以学生为主体的教学理念，要以兴趣为基础指导学生学习，让学生在兴趣的驱动下学会学习，帮助他们发展探究知识的能力以及获取信息的能力，培养学生自主学习的能力，让学生都能够成为学习的主人。在开展高效教学过程中，要加强师生之间的合作，在合作中进行分享、交流，让不同的学生贡献各自的经验，将他们各自优势发挥出来，以便为他们都能够完成一些更为复杂的任务奠定好基础。
二、促进学生间的交流合作
加强学生之间的交流合作也能够提高课堂的教学效率。加强学生之间的合作交流对于锻炼学生知识的使用能力是很有帮助的。教师在教学时，可以指引学生就特定的学习任务进行相互之间的合作学习，让学生在积极配合与协作的过程中，既能够保障任务顺利完成，也能使得学生在相互交流中加深了对相关化学问题的理解。此外，教师也可以创设相关的问题让学生通过合作交流去思考、辩论，这样的教学也是能够促进学生之间良好的交流与合作的。学生都能够在交流探究当中激发出思维火花，同时其他的学生也能够从其他学生的思维中受到启发，感受看问题的不同视角与方法。这对于提高学生自身的思维能力是很有帮助的。例如，在探究“氯水的漂白性质”相关内容时，教师可以先进行简单的演示实验：在含有酚酞的氢氧化钠溶液中滴入氯水，这个时候红色会慢慢褪去。针对这一现象，教师可以设计一些问题让学生思考：红色褪去的原因是什么？我们是不是可以设计相关的实验来验证褪色是由一些微粒引起的，又是哪种微粒呢？问题一出，学生开始展开了激烈的讨论，他们争论的着眼点集中在了氯水中存在的'微粒。氯水中存在着的微粒分别和酚酞以及氢氧化钠发生反应，最后得出的结论是次氯酸的漂白性引发了其褪色；也有可能是发生了中和反应，使得溶液的PH值小于8，进而也出现了褪色的现象。学生也都能够在积极的交流与合作中既能很好地实现彼此观点的交换，也对这部分知识点有了一个更为深入的认识，这一节课堂教学收到了非常理想的效果。
三、培养学生的自主学习能力
自主学习主要指的是学生能够积极主动地投入到学习当中，依据自身的学习条件，明确自己的学习任务和要求，根据自身的状况及时地调整自己的学习策略。这一过程表现出了学生学习的主体性、参与性以及创造性，通过自主学习，学生逐渐提高了自身的综合素质。在化学教学当中，教师需要转变学生不好的学习方式，积极地为学生提供一些好的有效的学习方式，引导他们自主学习，正确处理好“教”和“学”的关系，以学生为主体，时刻尊重学生的创造力。在化学课堂教学中，教师要尽量为学生留出足够多的思考和探究知识的机会，将学生的创造性最大限度地发挥出来，提高学生学习化学知识的效率。例如，在探究“金属及其化合物”的相关内容时，教师就可以借用多媒体课件将钠、铝、铁等金属物以及金属化合物的知识展示出来，然后再让学生讨论几种金属物质所具备的物理性质，指导他们自己设计相关的实验方案；然后再进行实验验证，让学生都能够在实验的基础上有效地了解这些金属和水、氧气与酸之间的化学反应；最后，教师再提议让学生对相关的知识点进行有效的归纳和总结。在各个环节都让学生自己去完成，将他们的主动性充分发挥出来，既能培养学生发现问题、分析问题的能力，也能提高学生解决问题的能力，还能加深学生对相关化学知识的理解和记忆。
四、利用多媒体，提高教学的有效性
信息技术逐渐在教育领域广泛使用开来，为此将多媒体课件与化学学科教学进行有效整合变得越来越重要了。因此，化学教师在教学过程中，要能够紧跟时代发展的步伐，建立信息化的教学模式，让信息为化学的“教”与“学”服务。结合多媒体课件自身独有的动静结合的特点，来为学生创设愉悦的课堂学习氛围，这样多彩的画面和生动的展示都能为学生带来强烈的刺激，有助于学生边看边思考。多媒体课件辅助教学还能够把一些抽象的知识变得具体化、生动化，让学生能够在愉悦的氛围中去感受这些化学知识，为促使学生理解、掌握这些化学知识而服务。此外，利用多媒体辅助教学，还能够让化学课堂教学变枯燥为生动，极大地激发了学生学习化学知识的积极性与兴趣，为提高学生的学习效率做好了铺垫。综上所述，新课程改革为教育界带来了一些新的改变，也为高中化学课堂带来了一些新的活力，对课堂教学提出了新的要求，也给化学教师的教学带来了机遇和挑战。作为一名化学教师就要积极地应对这些挑战，在教学中不断地总结一些好的教学策略，不断地吸收一些新的教学理念，及时地对教学行为进行有效的思考和总结，建立以学生为中心的课堂教学，从而让教与学都能够得到较好的发展。只有这样，才能真正地促使我们的化学课堂教学取得较为理想的效果。
随着21世纪环境污染问题的加重,绿色化学被提出,绿色化学也叫环境友好化学,它是从源头上阻止污染的新兴学科。美国在1996年设立了总统绿色化学挑战奖,以此来奖励那些在减少化学污染方面取得成就的人;1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。绿色化学确实应该提倡,它是我们通向美好生活的必经之路。
绿色化学与传统的化学的共同之处在于都能为人类生活做出贡献,但绿色化学是使反应物的原子100%利用,且实现零排放,即在变废为宝的同时又节约了环境。绿色化学的原子经济性的反映有两个显着有点:一是最大限度的利用了原料,二是最大限度的减少了废物的排放。原子利用率的表达式是:原子利用率=(预期产物的式量/反应物质的式量之和)×100%。
一、绿色原料
绿色原料的选取是进行绿色化学的开始,所以选择原料是十分重要的`,要考虑各个方面的影响。如以塑料为例,塑料在工程材料总产量中居第二位,仅次于钢铁材料。但“白色污染”问题引起广泛关注后,可降解塑料成为了化学界的新热点。21世纪初我国塑料制品使用量较大,导致废弃塑料达到几千万吨,其污染所造成的环境压力就相当大了。但如果这些废弃塑料中有少部分是可降解塑料,那对于我们的环境改善将会很有利。据统计,我国生产可降解塑料的厂家还不多,远远达不到市场需求量。
目前世界各国生产可降解塑料的类型主要有光降解塑料、生物降解塑料、化学降解塑料和组合降解塑料等类型。其中光降解塑料和生物降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目,已取得一些进展。
二、绿色溶剂
造成环境污染不仅来源于制造产品的原料,也与生产过程中使用的溶剂有关。目前广泛使用的高挥发性的有机化合物溶剂对环境又十分不利,急需找到替代品,即无毒无害的溶剂已经成为研究绿色化学的重要任务。
正如超临界流体,它是指超临界温度及超临界压力下的流体,是一种介于气态与液态之间是流体。超临界流体的特征是具有流体密度、气体粘度、扩散系数适度和具有可压缩性且无毒、不燃性,但可观的还是廉价。
三、绿色催化剂
1836年瑞典化学家Berzelius提出催化剂作用这一概念后,催化剂在化学反应中就一直在发展,但许多传统的催化剂如液体酸催化剂都对设备严重腐蚀、对人的身体也有很大危害,还有就是排泄物对环境的污染很大。
绿色固体酸碱催化剂在工艺上很易实现连续生产,不存在产物与催化剂分离及对设备的损坏等,并且活性高,这就大大提高生产效率。分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟,彻底消灭了废液排放,废渣也少且无毒无腐蚀性。
四、绿色食品添加剂
我们每天必须摄入一定量的食物来满足自身的生长和发育,但随着生活水平的提高,生产商为了迎合消费者的更高要求,色、香、味和行都要考虑到,且还要延长保存时间。市场上很多食品添加剂是化学合成物质,往往具有一定的毒性,所以在选择时一定要小心。
海藻糖是一种具有很好防腐作用的防腐剂,这是由它的抗干燥特性决定的,它是一种非特异性保护剂,几乎能保护所有的生物分子,且还能在干燥的环境下形成保护膜,达到了防腐和保存的双重效果。
琼脂是一种天然增稠剂,又叫做琼胶,它是一种半乳糖的多糖聚合体,能改善食品物理性质,增加其粘稠性。琼脂在我国很早就可食用了,特别是用于糖果的制造,还有就是增加果酱的粘度。由于琼脂具有粘着性、弹性和持水性,所以它的食用范围非常广泛。
五、绿色农药
农药的种类很多,有的农药可以长期存留在土壤中,很大程度上破坏了生态平衡,还有的进入到食品中,严重的危害了人们的身心健康。
绿色无公害农药有微生物农药、植物源农药、基因工程农药、化学合成类农药、半合成生物农药和激素与信息素等较为广泛。21世纪人类面临的挑战,绿色农药在农业生产甚至国民经济中也会占有重要位置,所以大力开发新型高效低毒的绿色农药是发展的必然趋势。
六、绿色化学品
我们在生活中洗涤用品是必不可少的,但洗涤用品主要是洗涤剂,最终导致大量的洗涤废水被排入环境中,造成污染。
普通的洗衣粉多数含磷,不仅其排泄物对环境污染,其洗出的衣服对人体本身也有害。随着三聚磷酸钠对环境污染的严重,沸石、偏硅酸钠和层状硅酸钠被研制,1990年已研究出4A沸石并已工业化生产;1997年北京工业大学在国内首先开发成功,这都标志我国的洗涤助剂已达到了新水平。
绿色化学是近年来新兴的学科,是实用性强、国计民生急需解决的热点研究领域。绿色化学也是我们人类向前发展的一项重要任务,绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染两个方面来重新审视和改革传统化学,从而使我们对环境的治理从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响,而且将为我国与国际接轨创造条件。相信随着科学的进步和人们绿色意识的提高,我们赖以生存的地球环境会变得更加美好。
