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철의부식

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by

hwan seong Ryu

on 10 September 2014

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Transcript of 철의부식

동기
화학1 부분중 하나인 산화 환원 단원에서 철의 부식에 대한 내용을 학습하게 되었습니다.

그러던 중 놀이터에서 사용된 철이 부식되어 아이들이 다칠 위험성을 생기게 하고 시장에서 철골 구조물이 부식되어 인명 피해가 날뻔한 사례가 뉴스로 뜨는 걸 보고 철이 부식되면 우리에게 큰 피해를 줄 수도 있겟다는 생각이 들었습니다.

그래서 저희는 철이 왜 부식되고, 이러한 철의 부식을 방지할 수 있는 방법을 알기 위해 실험을 해봤습니다.

철의 정의와 화학적 성질
철은 가장 안정한 원자핵을 갖고 있으며, 별에서 일어나는 핵 합성에서 얻어지는 최종 원소로 우주에서는 6번째로 풍부하다. 지구 핵은 거의 대부분 용융된 철로 이루어져 있으며, 지각에서는 무게비로 약 5% 존재하는데, 이는 산소(47%), 규소(28%), 알루미늄(8.4%) 다음으로 많다. 지구 전체 무게의 약 35%를 철이 차지한다고 여겨진다. 자연 상태에서 철은 주로 산화물 형태로 철광석에 존재하며, 흙에는 0.5~5%, 바닷물에는 대략 2.5 ppb(1 ppb는 10억 분의 1) 농도로 들어있다.

철의 생활에서의 쓰임
철의 부식으로 인한 피해
건물에 사용된 철이 부식될 때, 건물은 무너질 수도 있으며, 하수도에 물이 고여 철이 부식됐을 때 물이 새는 상황이 발생할 수 있습니다. 이러한 경우 수리하는데 많은 비용이 들 뿐 아니라 주변 주민들이 피해를 입을 수도 있습니다.
철의 부식
부식(:Corrosion)이란

금속이 액체용액에 의해 퇴보되는 현상이라고 정의됩니다.􀀃
이를 다른 말로 표현하면 주위 환경과의 전기 화학적 또는 화학적 반응에 의해 금속에 가해지는 파괴적인 공격이라고도 할 수 있습니다.

이처럼 부식의 가장 중요한 특징은 전기화학적 기구에 의해 발생한다는 것 입니다.

부식과정의 전기화학적 성질은 그림에 나타나 있습니다.
목차
01. 동기
02. 목적
03. 철의 정의와 화학적 성질
04. 철의 생활에서의 쓰임
05. 철의 부식으로 인한 피해 사례
06. 철의 부식 이론
07. 실험1 (부식에 미치는 요인 비교)
08. 철의 부식 방지
09. 실험2 (아연을 이용한 도금)
10. 적용
11. 결론
12. 알아낸 점
철의 부식
20819 이태규
21033 정재환
21306 류환승
21330 정민수
철은 반응성이 큰 금속이다.
산소가 거의 없는 조건에서는 자연 상태에서 원소 형태로 있기는 하나, 대부분은 화합물로 존재한다. 화합물에서 철은 7가지(-2, 0, +1, +2, +3, +4, +6) 산화 상태를 가지나, +2와 +3인 화합물들이 가장 흔하다. 철의 산화수가 +2인 화합물 (철(II) 화합물)을 ‘제1철(ferrous) 화합물’, 그리고 산화수가 +3인 철(III) 화합물을 ‘제2철(ferric) 화합물’이라 부른다.4)

원소 철은 습한 공기에서는 산화되나, 수분이 없는 공기에서는 안정하다. 고운 가루로 만들면 자연 발화가 될 수 있고, 묽은 산에 녹아 철(II) 염이 되며, 뜨거운 가성소다(NaOH) 용액에도 녹는다. 그러나 진한 질산이나 크롬산과 같은 산화력이 있는 산에는 잘 녹지 않는데, 이는 산화물 부동피막을 형성하기 때문이다. 철은 할로겐, 황, 인, 붕소, 탄소, 규소와도 여러 화합물들을 만들며, 다른 전이금속들처럼 여러 가지 배위화합물5)을 잘 만든다.

자동차, 선박, 건물, 자전거, 컴퓨터, 핸드폰 등 우리생활에 있어 가전제품등이나 크게는 건축등에 필수적으로 쓰이고 있습니다. 만약 철이 없을 경우 우리의 삶은 많은 불편한 점이 따를 것으로 예상됩니다.
제주 지역 학생들이 50년이 다 된 노후된 초등학교 건물에서 수업을 받고 있는 것으로 나타났다.

23일 제주도교육청에 따르면 학교 건물 정밀안전진단 결과 1967년에 지어진 제주남초등학교 별관동과 중문중 별관동, 1969년에 지어진 영평초 본관동 등 3곳이 재난 위험 시설물인 D등급 판정을 받았다.


제주도교육청은 세 학교의 시설물은 학생들이 평상시 수업을 받는 교실이 아닌 과학실, 방과 후 교실 등으로 활용되고 있는 시설물이라며 올해 신축예산을 이미 확보해 설계 등 신축작업에 착수했다고 밝혔다.

하지만 학교에 따르면 건물 중 일부는 노후화로 인해 철근이 부식되거나 건물 외벽 시멘트가 깨져서 떨어져나가는 등 안전문제가 제기돼 낙석위험 표지판과 안전펜스를 설치하기도 했다.

사정이 이런데도 학교 측은 방과 후 학교나 돌봄교실 등 교실 수요 증가로 인해 어쩔 수 없이 노후건물을 사용할 수밖에 없는 실정이다.

제주도교육청은 올해 제남초에 19억4400만원, 영평초에 10억1400만원, 중문중에 15억9000만원 등 총사업비 45억4800만원을 투입해 신축하기로 했다. 영평초는 신축에 따른 설계를 마친 상태이다.

안전진단에서 C등급(중점관리시설물) 판정을 받은 학교는 1970년에 지어진 제주서초 별관동과 서귀포초 본관동 및 1973년에 지어진 제주동초 서관동 등 3곳이다.

C·D등급 건물 6개 중 5개가 초등학교에 집중됐고, 세월호 참사를 계기로 안전에 대한 관심도 높아진 만큼 앞으로는 재난위험 시설물 지정에 앞서 미리미리 노후학교 시설물에 대한 예산 확보에 나서야 한다는 지적이다.

제주도교육청 관계자는 “현재 D등급으로 지정된 건물은 매달 점검을 실시하고 있으며, 사용에 이상은 없는 것으로 나타났다”며 “자체 예산이 확보된 만큼 이번 여름방학부터 시작해 빠른 시일 내에 공사를 마무리 짓겠다”고 말했다.

제주=임성준 기자 jun2580@segye.com
세계일보

2014.03.14 (금) 오전 8:10
어제 발생한 맨하탄 이스트 할렘 건물 폭발 사고는 가스 누출이 그 원인인 것으로 보인다고 수사관계자들은 밝히고 있습니다.
어제 건물 폭발 사고로 사망자는 계속 늘어나고 있는 가운데 현재까지도 사고 현장에서는 수색견을 동원해 실종자들을 찾기 위한 수색 작업이 진행중에 있습니다.

오후 6시30분경 잔해속에서 시신 1구를 더 찾아, 현재까지 사망자는 8명으로 늘어났습니다. 또한 부상자는 60명 이상인 것으로 나타났습니다. 오늘 아침 사고 현장에는 빌 데 블라시오 뉴욕시장이 찾아와 현장 구조대원들과 수사요원들을 격려하고 , 피해자 가족들을 위로했습니다. 특히 실종자들이 아직 남아 있는 가운데 실종자가족들은 무너지 건물 잔해 속에서 가족이 살아있기를 바라며, 사고 현장을 맴돌고 있습니다.

현재 이번 건물 폭발 사고는 가스 누출로 인한 것으로 추정되면서, 정확한 사고 원인을 분석하기 위한 작업에 한창입니다. 이번에 무너진 건물들은 1800년대에 지어진 것으로 수도관과 가스관들이 부식됐다는 지적이 나오고 있습니다. 이 지역 거주민들은 일주일 전부터 가스 누출을 의심할 만한 냄새가 났었다고 증언하고 있지만, 콘 에디슨 전기 가스 회사에 접수된 신고 사항은 30일 전후로 사건 발생 15분 전밖에는 없었던 것으로 조사됐습니다.

소방당국은 건물 잔해에 뒤덮힌 건물 지하실 부분의 위치한 보일러를 비롯한 다른 장비를 조사한 이후 좀더 정확한 사고 원인을 분석할 수 있을 것이라고 밝히고 있습니다.

이번 건물 폭발 사고가 발생하면서 뉴욕시민들은 노후화 되어 가고 있는 빌딩의 수도관과 가스관 그리고 고속도로, 다리등의 붕괴 폭파 사건에 대한 염려가 한층 심해졌습니다. 재정상태의 악화로 인해 노후된 공공시설에 대한 재정비가 이뤄지지 않고 있어 언제 어디서 이와 유사한 사건이 또다시 발생할 수 있기 때문입니다.

지난 2011년 기준 교통안전국이 조사한 바에 따르면, 전미 지역에 100년이 넘는 부식되어 가는 주철 파이프로 가스 공급이 이뤄지는 곳은 3만마일이 넘는 것으로 나타났습니다. 이 거리는 뉴욕과 캘리포니아를 5번 왕복 할 수 있는 거리입니다. 이를 수리하기 위해서는 8백20십억달러가 소요 됩니다. 뉴욕시의 경우 100년이 넘은 부식된 주철 파이프를 사용하는 것도 3천마일이나 되는 것으로 조사됐습니다.

이희향 뉴욕 특파원- RK Media

인천의 한 전통시장 지붕에서 부식된 철골구조물이 통행로로 떨어지는 사고가 발생해
노후화된 전통시장의 시설 안전진단 및 보수가 요구되고 있다.

19일 중구에 따르면 지난 18일 오후 5시께 신포시장 아랫길(우현로 43번 길) 아치형 지붕에서 길이 2m, 무게 20㎏가량의 스테인리스 재질 마감재가 주민이 다니는 통행로로 떨어졌다. 다행히 지나가는 사람이 없어 인명피해는 발생하지 않았다.

구 조사결과 지붕과 연결된 함석 재질의 상점 처마가 빗물 등에 부식돼 지붕과 처마를 연결하는 마감재가 무게를 견디지 못하고 떨어진 것으로 드러났다.

그러나 이번 철골구조물 낙하 사고는 예고된 사고라는 지적이 일고 있다.

구가 지난해 전통시장 구조물 안전진단을 벌이면서 해당 처마와 천장 부분의 누수를 확인했기 때문이다. 이번 사고도 지속된 누수가 처마의 부식을 키운 중점 요인으로 작용했지만, 해를 넘기도록 보수공사는 이뤄지지 않았다.

신현길 신포상인연합회장은 “길쭉하고 날카로운 마감재가 지나가는 사람에게 맞았으면 어땠을지 상상도 하기 싫다. 이만하길 천만다행”이라며 “10년이 넘은 시설인 만큼 시장 구조물에 대한 전반적인 안전조사와 보수가 시급하다. 더는 미룰 일이 아니다”고 강조했다.

이에 대해 구 관계자는 “700여m에 달하는 마감재와 처마 등을 전면교체하기엔 불가능하지만, 지난해 안전진단을 바탕으로 일부 시설을 보수하고자 국비를 확보하는 등 노력하고 있다”며 “입찰을 통해 보수업체를 선정하면 곧바로 공사에 돌입할 것”이라고 말했다.

신동민기자


18일 오후 5시께 신포시장 아랫길(우현로 43번길)에 설치된 아치형 지붕에서 길이 2m,
무게 20㎏가량의 스테인리스재질 마감재가 통행로 떨어지는 사고가 발생했다. 사진 왼쪽은 떨어져 나간 지붕의 모습. 왼쪽은 떨어져 나간 마감재

부식의 정의
㉠ 철이 녹스는 조건
철은 건조한 공기 중에서는 잘 녹슬지 않으나
습기와 있을 때에는 비교적 쉽게 녹습니다. 따라서 철은 공기 중의 산소와 직접 반응하여 산화물이 되어 녹스는 것이 아니라 물의 도움을 받아 녹슨다는 것을 알 수 있습니다.

철이 부식되어 생기는 산화철은 부서지기 쉬운 조각 형태로 생성되는데,

습한 공기가 그 조각 사이를 통과하여 내부의 철은 산화시키므로 철의 부식은 계속 됩니다.

㉡ 철이 녹스는 과정
철은 습기가 포함되어 있는 공기에 노출되면 산화되어 산화철이 되고, 산소는 환원되어 수산화이온을 생성한다.
이때 철 표면에 있는 물방울은 전해질로 작용한다. 철 표면에 떨어진 물방울이 전해질 역할을 하며, 철은 철 이온으로 산화되고, 물방울 속의 산소는 환원된다.
↑ 철이 녹스는 과정에 대한 모식도
철을 산화시키는 요인: 산소, 수분필요.
※ 산소만 있으면 : 표면만 산화 ▶ 산화철
수분만 있으면 : 부식이 되지 않음

*전해질이 더해지면 철의 부식이 촉진됩니다.

→전해질은 지금 이온 상태로 존재하기 때문에 어떤 원자의 전자를 뺏으려는 성질이 강하기 때문입니다.
그래서 소금물 속에 들어 있는 나트륨 이온이 철의 전자를 뺏어서 철의 부식을 촉진시킵니다.
㉢ 철의 부식에 미치는 영향
철의 부식 방지 방법
1. 기름칠이나 페인트 칠
2. 도금
3. 부동태 피막
4. 음극화 보호
5. 합금
철의 부식을 방지하는 방법에는 여러가지가 있지만 대표적으로 5가지를 다뤄보려고 합니다.

1. 기름칠이나 페인트칠
기름칠이나 페인트를 칠하면 기름이나 페인트는 무극성 물질이기 때문에 극성 물질인 물의 유입을 차단시킵니다.
↑ 위 사진은 기름칠을 하여
철의 부식을 막는 방법입니다.
← 왼쪽 사진은
철에 페인트칠을하여
색을 더함과 동시에 철의 부식을 막는 방법입니다.
2. 도금
도금이란?
물건의 표면 상태를 개선할 목적으로 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 일입니다.
아연은 질이 무르고 광택이 나는
청색을 띈 흰색의 금속 원소입니다.

철, 알루미늄, 구리 다음으로
많이 생산되는 금속으로 철의 부식을 막기 위해
철에 아연도금을 하게 됩니다.

철의 부식을 막아 줄 수 있는 이유는
습기가 닿게 되면 표면에 얇은 막이 생겨
내부를 보호하게 되는 것입니다.

철판에 아연을 도금한 것을
함석이라고 하는데 스텐레스 강에 비해
가격이 낮아서 널리 사용됩니다.

아연도금은 철의 산화를 막아주는데,
그 이유는 아연이 철보다 반응성이 커서
아연이 완전 부식되기 전까지
철이 녹스는 것을 막을 수 있습니다.


이와 같은 내부 작용은
아연이 긁혀서 철이 노출되어도
유지할 수 있습니다.
3. 부동태 피막
부동태 피막은 검은 녹이나 산화알루미늄을 씌우는 것입니다.
산화알루미늄은 한번 산화되면 겉부분이 보호막 역할을 하면서
더이상 산화되지 않는 큰 특징을 가지고 있습니다

그래서 어쩌다가 일부러 철 부품에 산화알루미늄을 씌우는 경우도 있습니다.
스테인 리스강을 사용할때,
스테인리스강의 우수한 내식성은 합금원소인 크롬에 기인한 것으로 최소한 12% 이상 함유하고 있어야 스테인리스강의 특성을 갖습니다.
크롬은 철, 탄소와 함께 합금화될 때 표면에 눈에 보이지 않는 소위부동태 피막(Passive film) 이라는 크롬 산화 피막 을 형성하는데 이 피막은 내식성을 제공하고, 내산화성,내마모성과 인장강도를 향상 시킵니다.

타 금속재와 달리 스테인리스강의 피막은 치밀하며 밀착성이 좋은
유연한 구조를 가져 기지 금속에 잘 부착되어 안정한 피막을 유지합니다.
이 피막은 금속 모재와 산소와의 전기화학적 반응생성물이기 때문에 긁히거나
찍히는 등 물리적인 손상을입어 일부가 파괴되더라도 일정시간
경과 후 재 생되는 특성 을 갖고 있습니다.
스테인리스강은 이와 같이 우수한 내식성으로 도장이 필요없고 유지보수가 용이합니다.
또한 고온에서의 강도(내열성)가 우수 하여 다양한 분야에서
타소재 대비 우월한 특성으로 활용범위가 넓습니다.

4. 음극화 보호
음극화 보호 : 반응성이 작은 금속의 경우 이보다 반응성이 더 큰 금속을 연결하여 먼저 산화하도록 하여 보호하는 방법.

Ex) 철로 만든 선박에 아연을 부착,
지하 유류 저장 탱크는 마그네슘과 연결

그러나 음극화 보호작용에도 부작용은 있습니다.

음극화 보호 작용의 가장 큰 부작용은 수소취성으로, 전자이동의 결과로 발생한 수소가 금속 안으로 침투하여 금속의 기계적 성질을 약화시켜 금속이 쉽게 부스러지는 현상을 말합니다
5. 합금
합금: 부식을 방지하는 성분을 넣어 합금을 제조
Ex) 스테인리스 스틸 (철과 크롬, 니켈의 합금)

↑ 스테인리스 스틸 활용사례-Chrysler 빌딩 장식품
철을 니켈과 크롬을 섞어서 스테인리스강을 생성시킵니다.

스테인리스강은 일반 철보다 녹이 슬지 않고 약품에 강한 성질을 가지고 있다는 장점을 가지고 있습니다.
결론
실험2
실험1
위의 다섯가지뿐 아니라 부식을막는 방법은 여러가지 더 있습니다.
(베이징 AP=연합뉴스) 중국 과학자들은 14일 하루에도 수없이 길거리 등에 버려지는 담배꽁초를 쇠 파이프의 부식을 막는 보호제로 재활용할 수 있는 길을 찾아냈다고 밝혔다.

중국 시안 쟈오퉁대학 박사과정의 자오 준을 비롯한 연구진들은 물에 잠긴 담배꽁초가 석유산업에서 흔히 쓰이는 철강의 부식을 막는데 도움이 된다는 사실을 발견했다.

자오 등 연구진들은 담배꽁초를 탄 물 농축액이 온도 90℃의 염산에 담긴 N80 철강의 부식을 거의 완벽하게 막아냈다고 전했다. N80 철강은 석유 시추용 파이프 재료로 많이 쓰인다. 현재 석유생산 업체는 시추용 파이프의 부식 때문에 연간 수백만 달러의 비용을 치르고 있다.

자오 등은 담배의 니코틴과 타르가 불에 탈 때 생긴 합성물질이 철강의 부식을 방지하는 기능을 하는 것으로 보고 있으며 철강 이외의 다른 금속에도 같은 효과를 내는지도 연구할 계획이라고 밝혔다.

자오는 담배꽁초가 물에 잠기자 물의 색깔이 방부제처럼 노랗게 변하는 것을 본 뒤 담배꽁초와 방부제가 서로 연관이 있는게 아닌가 하는 생각이 스치고 지나가 담배꽁초 재활용을 위한 연구를 시작하게 됐다고 전했다.

이 연구결과는 미국화학학회(ASC) 학술지인 `산업.엔지니어링 화학 연구' 최신호에 실렸다.

미국 볼티모어에서 일하는 컨설턴트 가이 데이비스는 "이번 발견은 상당히 설득력이 있다"며 "담배는 최고의 플랜트 부식 억제제 중 하나로 보인다"고 말했다.

중국이 전세계 흡연 인구의 30%를 차지하고 있을 뿐 아니라 길거리, 공원, 해변 등에 마구 버려지는 담배꽁초에서 유해물질이 누출되는 등 환경에도 악영향을 미치는 만큼 이번 연구는 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
철의 부식을 막기위하여 구조물 내부에 질소를 충전하기도 합니다.

왜냐하면 질소를 대기압 이상으로 충전을 하면 수분이 있는 대기압이 내부로 들어가질 못하여 부식이 방지되는 역할을 하기때문입니다.
추가적으로..
추가적으로..
맨하탄 이스트 할렘 건물 폭파, 노후된 부식 파이프가 원인인듯
아래의 기사는 담배꽁초를 통해 철의 부식방지하는 방법입니다.
알아낸 점
목적
1. 철의 부식에 영향을 미치는 요인을 찾아보기


2. 철의 부식 방지를 위한 방법중 하나인, 아연 도금-황동 합금 실험을 해보기
사례1
제주, 50년 된 학교 건물서 ‘아찔한 수업’
사례2
사례3
신포시장 노후화 심각… 철골구조물 ‘추락’
무게 20㎏ 부식 철골 통행로 덮쳐 자칫 ‘대형 인명사고’ 아찔한 순간
철의 부식에 미치는 여러 요인들을 알아보기 위해 서로 다른 환경을 주어놓고 실험하였습니다.

맨 왼쪽에서

첫 번째, 병 안에 물을 넣고 뚜껑을 열어
물과 산소가 충분하도록 하였습니다.

두 번째, 병 안에 습기제거제를 넣어서 수분을 최대한 줄여 보았습니다. 뚜껑을 열어 산소는 충분하도록 하였습니다.

세 번째, 병 안에 수분은 충분하도록 하였고 위에 기름을 띄우고 뚜껑을 막아 산소를 차단하였습니다.

네 번째, 물과 산소를 충분히 넣었고
전해질(실험에서는 소금을 사용하였습니다.)을 넣어 전해질이 미치는 영향을 같이 관찰 하였습니다.

과정1
↑ 8월 25일 6:00pm 처음 실험을 시작했을 당시
찍은 사진입니다.
과정2
↑ 8월 26일 0:00 am 6시간 이후
찍은 사진입니다.
-6시간 경과후

첫 번째 병과 세 번째 병은
생각보다 빠르고 비슷하게 부식이 진행되었습니다.

다음으로 네 번째 병은 놀라울 정도로 빠르게 부식이 진행 되었고, 녹의 양도 많이 생겼습니다.

두 번째 병은 처음과 변화가 없었습니다.
과정3
↑ 8월 26일 6:00 Am 에 찍은 사진입니다.
-12시간 경과후

비슷하게 변화가 진행되던 첫번째 병은
조금씩 격차를 두고 더 빠르게 진행 되었습니다

세 번째 병은 조금 더 녹이 슬긴 하였으나, 첫번째 병보다는 적게 변화하였습니다.

네 번째 병은 더욱 많은 녹이 슬었고, 6시간 전보다 더 많은 변화를 보였습니다.

그리고 여전히 두 번째 병에서는 변화가 일어나지 않았습니다.
과정4
↑ 8월 26일 6:00pm 에 찍은 사진 입니다.
-24시간 경과후

첫 번째 병과 세 번째 병은 녹이 전보다 더욱 슬어있는 상태였습니다.

네 번째 병은 전보다 변화가 더 된 상태였지만 이후로는 큰차이를 보이지 못하였습니다.

두 번째 병은 변화가 없었습니다.
저희 팀원들은 인간 문명에서 흔하게 일어나는 현상인 철의 부식을 막는 다양한 방법과,철의 부식에 영향을 미치는 요소들 등 철에 대한 것 들을 알게 되었습니다.
←첫 번째 병
←두 번째 병
←세 번째 병
결과
←네 번째 병
과정4 이후 철들을 꺼내서
관찰하여 보았습니다.

첫 번째 병과 세 번째 병에는 적당히 녹이 슬어있는 상태였습니다.

대부분의 녹들은 철에 붙어 있기보다는 철로부터 떨어져 나와 물에 둥둥 떠 있었습니다.

두번째 병은 녹이 거의 슬지 않은 상태였습니다.
결과2
결과3
모든 병 중에서 가장 많은 변화를 일으킨 것은 네 번째 병에 들어 있던 클립이었습니다.

이 클립은 네 개의 병에 있던 클립 중에서 가장 많은 녹이 슬어있었습니다.

녹도 물에 많이 떠 있는 상태로 물이 꽤 뿌옇습니다.
철의 부식에 영향을 미치는 대표적인 요인인
물(수분)
,
산소
,
전해질
을 기준으로 실험을 진행하였습니다.

물이 없는 두 번째 병을 제외한 나머지 세 개의 병들은 6시간 이후 모두 빠르게 반응하여 녹을 생성하였고, 그 수치는 시작 전 예상해본 수치와 큰 차이가 있다는 것을 알아냈습니다.

또한 영향을 미치는 요인이 한 가지씩 빠져있는 두 번째 병과 세 번째 병은 시간이 충분하다고 가정하여 관찰하였을 시, 비슷한 시기에 반응이 일어날 것으로 예상했으나, 세 번째 병이 물을 제거한 두 번째 병보다 빠르게 반응하는 것을 보고, 이를 통해 산소보다는 물이 철의 부식에 더 큰 영향을 미친다는 사실을 알아냈습니다.

이런 결과들을 통해 우리 실생활에서 철물 관리를 잘하여 철이 보다 덜 부식되는 환경을 만들도록 힘을 써야한다는 생각을 하게됬습니다.
교과서나 참고서에서 철의 부식에는 '수분(물)과 산소가 있어야 한다' 라고 되어 있습니다.

그래서 이번 실험은 철의 부식에 영향을 미치는 요인들을
직접 실험해보고, 요인들을 비교해보려 합니다.
↑ 질소를 충전한 구조물
두번째 실험은 금화-은화 실험입니다.
(원래 명칭은 '아연 도금-황동 합금 실험' 입니다.)

저희는 이번 실험을 통해 아연을 직접 10원짜리 동전에 도금을 해볼것이며, 불을 이용해서 황동합금 실험도 해볼려고 합니다.

그리고 녹이 스는지 안스는지 직접 비교해봅니다.

이를 통해 간단한 실험으로도 도금과 합금을 할 수 있다는 것과 이 방법이 녹이 스는 것을 방지할 수 있다는것을 알아낼려고 합니다.
철의 부식에 영향을 미치는 요소들을 찾아보았고, 요소들을 적절하게 조절해서 서로 다른 환경에 철들을 놓고 실험하여 합당한 결과를 이뤄 냈습니다.

철의 부식은 빠르면 3시간 이내로도 반응이 일어나고 큰 빌딩같은경우 약간의 녹이 스는 정도로 생각할 수있지만 이렇게 쌓이고 쌓여 큰 사건사고를 만든다고 생각합니다.

우리는 이런상황에 대비하여 철 구조물 건물 등의 관리를 소홀히 하면 안된다고 생각하며 앞에 제시된 여러가지 부식을 막는 방법들을 통해 철저하게 관리를 해야 한다고 생각합니다.
실험 과정
1. 10원짜리 동전을 깨끗이 세척합니다.

2. 비커에 아연 가루를 6g정도 담습니다.

3. 비커에 6M 수산화나트륨 용액을 넣습니다.

4. 알코올램프에 불을 붙이고 가열합니다.

5. 10원짜리 동전을 비커에 넣습니다.

6. 은색으로 변한 것을 확인한 후 꺼내 물에 씻습니다.

7. 말린 후 불로 가열합니다.
준비물
아연가루,

수산화나트륨,

옛날10짜리 동전,

알코올 램프


과정1
1. 6M 수산화 나트륨 용액을 만듭니다.(시약지 1g을 제외하면 24g을 맞추었습니다.)

(6M 수산화나트륨 용액을 만들기 위해서는 물 100mL에 24g의 수산화나트륨을 넣으면 됩니다.)

과정2
2. 아연가루6g을 6M수산화나트륨 용액에 넣습니다.
과정3
3. 비커를 가열하고 10원짜리 동전을 넣습니다.

은백색이 될때 동전을 꺼내서 물에 씻습니다.

아연 산화막이 도금되어 구리가 은색으로 변하게 된것입니다.

결국 아연이 도금되어서 은색으로 보이는 것이라고 생각하면 됩니다.
과정4
4. 아연으로 도금되어있는 은백색의 동전을 가열하면 아연과 구리가 용융되어 금빛이 나는 합금인 황동을 만들게 됩니다.

황동합금실험은 저희가 생각한 만큼 금빛을 띄지는 않았지만

사진과달리 직접볼때는 충분히 금색을 띄었습니다.
ㅂq
↑ 부식과정의 전기화학적 성질
적용
적용은 아연도금-황동합금 실험을 통해 도금이된 동전을 부식에 미치는 요인 비교 실험에서 빠르고 많은 부식을 일으킨 상태에 놓고 변화를 관찰해보려 합니다.
도금이된 동전을 제일 반응이 빨리 일어났던 물과 산소, 전해질이 충분한 병에 넣어 변화를 관찰합니다.

결과를 예상해보았을때는 도금의 이론과 같이 녹이 스는것 보다는 아연산화막이 먼저 벗겨질 것으로 예상이됩니다.

적용1
적용2
-6시간 경과후

6시간 이후까지는 조금의 변화도 없었습니다.

3시간만 지나도 녹이 슬기 시작했던
실험1
과는 벌써부터 차이를 보이기 시작했습니다.

산화막이 벗겨진것 또한 6시간 만으로는 찾아낼 수 없었습니다.
← 6시간이 지나도 변화가 생기지 않은
도금된 동전
적용3
-12시간 경과후
12시간 이후 실험1에서는 12시간이후에는 엄청난 양의 녹이 슨것에 비해 도금된 동전은 아주 조금 산화막이 벗겨진 것을 눈으로 확인할 수 있었습니다.

12시간이면 어느정도 산화막이 많이 벗겨질 것이라고 예상과는 많이 달랐습니다.
← 12시간이후 아주 조금 변화된
동전을 찍은 사진입니다.
적용4
-48시간 경과후
적은 시간의 간격을 두고 관찰했던
실험1
과는 달리 적용단계에서는 시간 간격을 조금더 늘려야 겠다는 생각이 들었습니다.

왼쪽의 사진들은 48시간이후 병의 변화를 관찰한 사진들입니다.

동전의 뒷면을 볼 때 아연 산화막이 많이 벗겨진 것을 확인 할 수 있었습니다.

더불어서 물의 색이 전과 달리 파랗게 변한것도 관찰할 수 있었습니다.
↑ 2일 뒤 변화를 관찰한 사진입니다.
실험-적용 결과
실험2
에서는 별도의 복잡한 준비물없이
간단하게 도금과 합금이라는 방지 방법을 실험을
할 수 있었습니다.
적용
에서는 도금이된 동전을 다시 부식시켜봄으로써
관찰들을 지켜봤는데, 확실하게 도금이 된 금속과 그렇지 않은 금속은 큰 차이를 보였습니다.
적용
에서 물이 파랗게 변한 이유는
구리이온이 물에 녹아서 색이 파랗게
변한것 입니다.
← 아연 가루를통해 구리를 석출해내는
과정중에서 물이 파랗게 변한것으로 관찰되는 비슷한 실험이 있습니다.
← 사진은 실험을 시작했을당시
찍은 사진입니다.
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