Формиат натрия и его свойства как противогололедного реагента
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Реферат
по
Химии
на
тему:
Формиат
натрия и его свойства как противогололедного реагента
Москва
Оглавление
Введение
Глава
1. Формиат натрия и его плавящая способность
Глава
2. Коррозионная активность формиата натрия
Глава
3. Биоразложение формиата натрия
Заключение
Список
использованной литературы
Введение
В настоящее время активно ведутся исследования,
посвященные разработке рецептур и способов получения эффективных
противогололедных реагентов, не вызывающих коррозию и безопасных с
экологической точки зрения. Это чрезвычайно важно в условиях все возрастающего
автомобильного трафика в городах, а также меняющегося климата,
характеризующегося скачками температур. Очень перспективным как в качестве
самостоятельного антигололедного средства, так и в качестве компонента в
комбинации с другими солями является формиат натрия.
Цель данного реферата - рассказать о свойствах
формиата натрия как противогололедного реагента и обосновать целесообразность
использования этого вещества для борьбы со снегом и льдом, для обеспечения
безопасности дорожного движения и передвижения пешеходов.
Поставлены следующие задачи:
проанализировать плавящую способность вещества
по отношению ко льду при различных температурах;
изучить его коррозионную активность по отношению
к металлам и бетону;
рассмотреть влияние формиата натрия на почву и
его способность к биоразложению.
Данный реферат состоит из введения, основной
части (включающей в себя три главы), заключения и списка использованной
литературы.
формиат натрий противогололедный
Глава 1. Формиат натрия и его плавящая
способность
Формиат натрия является химическим соединением с
формулой HCOONa. Это кристаллический порошок белого или серого цвета (возможно,
с зеленоватым оттенком) без посторонних примесей. Формиат натрия хорошо
растворяется в воде, слабо растворяется в спиртах, не растворяется в эфирах.
Формиат натрия взрывобезопасен и не горюч. По степени воздействия на организм
он относится к малоопасным веществам (4-й класс опасности согласно ГОСТ
12.1.007).
Формиат натрия обладает способностью понижать
температуру замерзания, поэтому его активно применяют в качестве
антизамерзающей добавки в бетон, а также используют в качестве компонента противогололедных
реагентов (ПГР). Какими же свойствами обладает формиат натрия, если говорить о
нем, как о компоненте ПГР?
Одна из основных технических характеристик, по
которой можно судить о целесообразности использования вещества в качестве
противогололедного реагента - это плавящая способность (количество снега,
растапливаемого одним граммом вещества).
Рассмотрим плавящую способность формиата натрия
при разных температурах в сравнении с другими веществами, используемыми в
качестве противогололедных материалов (см. Таблицу 1).
Таблица 1
№ образца
|
Карбоксилаты и другие соли
|
Плавящая способность (кг льда/кг
соли) при температуре, °С
|
|
|
-5
|
-10
|
-20
|
-30
|
-40
|
-50
|
1
|
Ацетат натрия
|
7,3
|
4,6
|
0
|
0
|
0
|
0
|
2
|
Ацетат калия
|
П,5
|
5,7
|
2,7
|
1,9
|
1,6
|
1,3
|
3
|
Ацетат магния
|
7,3
|
4,6
|
2,3
|
0
|
0
|
0
|
4
|
Ацетат кальция
|
5,7
|
3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
5
|
15,7
|
7,3
|
3,3
|
2,3
|
1,8
|
1,4
|
6
|
Формиат натрия
|
П,5
|
5,7
|
0
|
0
|
0
|
0
|
7
|
Формиат калия
|
П,5
|
5,7
|
2,3
|
1,7
|
1,3
|
1Д
|
8
|
Хлорид натрия
|
13,3
|
6,7
|
3,2
|
0
|
0
|
0
|
9
|
Хлорид кальция
|
9,0
|
5,7
|
3,5
|
2,8
|
2,6
|
0
|
Можно сделать вывод, что:
при -5°C формиат натрия и калия плавит столько
же снега, как и ацетат калия, на 22% больше, чем хлорид кальция, почти в 2 раза
больше, чем ацетат кальция и в 1,5 раза больше, чем ацетат натрия. Формиат
натрия и калия, а также ацетат калия лишь незначительно уступают по данной
характеристике хлориду натрия.
при - 10°C плавящая способность формиата натрия
и калия такая же, как у хлорида кальция и ацетата калия и выше, чем у остальных
ацетатов.
Температура начала кристаллизации у формиата
натрия: - 19°C, таким образом, в чистом виде его рекомендовано применять до
достижения этого температурного рубежа. В более холодную погоду формиат натрия
целесообразно использовать в качестве добавки к противогололедным составам, у
которых температура кристаллизации ниже. Дело в том, что формиат натрия
значительно снижает коррозионное воздействие подобных составов на металл,
информация об этом будет подробно рассматриваться в следующей главе.
Глава 2. Коррозионная активность формиата натрия
Наряду с технологическими свойствами реагентов:
плавящей способностью, температурой кристаллизации, вязкостью, следует
учитывать и их экологические показатели - коррозионное воздействие на металл,
цементобетон, влияние на почвы, растения, водоемы, человека и животных,
количество посторонних примесей.
На данный момент для борьбы с гололедом чаще
всего используются противогололедные материалы на основе хлористых солей: NaCl
и CaCl2. Использование хлорида магния (MgCl2, бишофит) было запрещено
экспертами государственной экологической экспертизы Росприроднадзора. Эта соль
Древнего моря, которой богата Волгоградская область, содержит более 62
микроэлементов из таблицы Менделеева. В особенно больших количествах в бишофите
найден: бром, бор, селен, мышьяк и стронций. Такой состав делает бишофит ценной
мазью для борьбы с заболеваниями суставов, которую нужно наносить на кожу
человека в микродозах, но бишофит совершенно неприемлем для масштабного
использования на дорогах, когда речь идет о поступлении в окружающую среду
нескольких десятков тысяч тонн хлорида магния за один сезон.
Многочисленные исследования доказывают, что при
учете экологических характеристик хлоридов, их преимущества в виде относительно
невысокой стоимости и неплохих технологических свойств меркнут перед негативным
воздействием на окружающую среду и элементы объектов дорожного хозяйства (ОДХ).
Соли соляной кислоты (хлориды) отличаются
высокой коррозионной активностью на металлы, а так же способностью разрушать
цементобетон. Особенно опасны хлориды для молодых бетонов в возрасте до 3х лет.
Именно из-за этих свойств обработка мостов, тоннелей и дорог с цементобетонным
покрытием реагентами на основе хлоридов запрещена. Восстановительные работы на
разрушенных мостах и изъеденных ржавчиной опорах могут обойтись в сотни миллионов
рублей. Ежегодно такие же суммы тратятся на ремонт и восстановление
общественного автотранспорта. Срок службы дорожных машин, разбрасывающих
пескосоляную смесь, в которой хлорида натрия, как правило, 5-15%, составляет
3-5 лет. Совершенно очевидно, что с одной стороны - необходимо совершенствовать
составы антикоррозийных покрытий, вовремя восстанавливать лако-красочный слой,
который препятствует возникновению ржавчины. С другой стороны - необходимо
совершенствовать составы противогололедных реагентов в плане снижения
коррозионной активности и использовать вещества с наименьшим воздействием на
металлы и цементобетон.
Наиболее агрессивными к металлу являются хлориды
магния и кальция. При этом наименее разрушающими свойствами среди
антигололедных средств обладает формиат натрия - почти в 6 раз ниже предельно
допустимого уровня, установленного в требованиях к противогололедным материалам
межгосударственным ГОСТом 33389, а также российскими дорожными нормативными
документами. Данные, доказывающие это, в Таблице 2.
Таблица 2
№ п/п
|
Состав образца
|
Агрегатное состояние
|
Коррозионная активность
мг/см2·сутки
|
1
|
Хлорид магния
|
твердые
|
1,29
|
2
|
Хлорид кальция
|
|
1,02
|
3
|
Хлорид натрия
|
|
0,8
|
4
|
Формиат натрия
|
|
0,14
|
Проанализировав данные таблицы, можно сделать
вывод, что у формиата натрия коррозионная активность по сравнению с хлоридом
натрия и хлоридом кальция в 8-10 раз ниже. При этом до -10°C формиат натрия по
плавящей способности превосходит хлорид кальция.
При более низких температурах формиат натрия
должен использоваться в качестве добавки в смеси, состоящие из веществ с более
низкой температурой кристаллизации, так как он значительно снижает их
коррозионную активность (см. Таблицу 3).
Таблица 3
Коррозионная активность ПГР на сталь 3 в
зависимости от добавления формиата натрия
Состав противогололедного
материала, %
|
Коррозионная активность,
мг/(см2*сутки)
|
% снижения коррозионной активности
|
|
CaCl2
|
NaCl
|
HCOONa
|
|
|
1
|
20,0
|
80,0
|
-
|
0,79
|
|
2
|
19,0
|
76,0
|
5
|
0,69
|
12,66
|
3
|
17,8
|
71,1
|
11,1
|
0,6
|
24,05
|
4
|
16,0
|
63,8
|
20,2
|
0,55
|
30,38
|
5
|
14,0
|
56,0
|
30,0
|
0,50
|
36,70
|
6
|
10,0
|
40,2
|
49,8
|
0.38
|
51,89
|
7
|
4,0
|
16,0
|
80,0
|
0,22
|
72,15
|
8
|
1,2
|
4,8
|
94,0
|
0,12
|
84,81
|
Добавление формиата натрия в количестве от 5% до
11,1%, дает возможность уменьшить коррозионную активность многокомпонентных
реагентов на металл на 0,017 мг на 1% формиата, в дальнейшем происходит
снижение скорости коррозионной активности до 0,007 мг на каждый процент
введенного формиата натрия (см. График 1).
График 1 Влияние количества формиата натрия,
присутствующего в ПГР, на коррозию металла
Формиат натрия, %
Таким образом, именно формиат натрия обладает
набором необходимых качеств для применения в антигололедных композициях в
качестве ингибитора коррозии.
Глава 3. Биоразложение формиата натрия
Основная проблема при использовании хлоридных
реагентов - это засоление почв. Хлориды уплотняют почву, ухудшается ее
влагопроницаемость, повышается осмотическое давление в растениях, что в итоге
приводит к гибели зеленых насаждений.
Так, например, согласно отчету государственного
бюджетного учреждения “Мосэкомониторинг” к 2000 году из-за активного применения
соли (хлорида натрия) в Москве почти 90% почв были засолены. Значительные
финансовые средства ежегодно тратились на замену грунтов и высадку зеленых
насаждений.
Неблагополучное состояние окружающей среды
привело к запрету использования соли на территории города и поиску других
рецептур противогололедных материалов.
Хлористый магний в чистом виде так же
неблагоприятно воздействует на растения. 5-10% раствор бишофита используется в
сельском хозяйстве в качестве десиканта - химического вещества, которое
вызывает обезвоживание растения и его усыхание. Как выяснилось, 30% хлористый
магний убивает даже амброзию - сорняк, который не берет практически никакая
другая химия.
При этом ионы магния, в отличие от ионов натрия,
кальция и калия, накапливаются в почве, вытесняя другие микроэлементы, что
приводит к обеднению почвы и ухудшению ее плодородных свойств.
Формиат натрия, будучи органической солью,
подвергается биоразложению в почве. В течение 72 часов он распадается на окись
углерода (СО) и воду (Н2О).
При этом стимулируется активность аэробных
полезных бактерий, которые, в свою очередь, быстрее перерабатывают все, что
пришло с талым снегом: выбросы автомобилей, мазут, другие соли из реагентов.
Таким образом, почвы быстрее очищаются и восстанавливаются. Способность к
биоразложению позволяет отнести формиаты натрия к экологически безопасным
реагентам. А значит, противогололедные реагенты на основе формиата натрия или с
его добавление должны быть рекомендованы в первую очередь для применения на
экологически уязвимых территориях - тротуарах, дворах, территориях
лечебно-оздоровительных комплексов, детских учреждений, в парковых зонах и так
далее.
Заключение
В ходе работы над данным рефератом
проанализирована плавящая способность формиата натрия и сделан вывод, что при
температуре до -19°C она не уступает хлоридам и выше, чем у многих ацетатов.
При этом коррозионная активность формиата натрия по отношению к металлам и
бетону намного ниже, чем у хлоридов натрия и кальция.
Кроме этого, формиат натрия обладает
способностью к биоразложению. В течение 72 часов он распадается на окись
углерода (СО) и воду (Н2О) и полностью выводится из почвы. Это делает формиат натрия
безопасным для экологии и здоровья людей.
Таким образом, можно сделать вывод, что
использование формиата натрия для борьбы со льдом и снегом целесообразно и
необходимо. При температурах до -19°C он может применяться в чистом виде, а при
более низких температурах - лучше использовать его в качестве добавки в
противогололедные смеси с более низкой температурой кристаллизацией.
ГОСТ
33387 “Автомобильные дороги общего пользования. Противогололедные материалы.
Технологические требования”.
ГОСТ
33389 “Автомобильные дороги общего пользования. Противогололедные материалы.
Методы испытания”.
Бергман
А.Г., Нужная Н.П. Физико-химические основы изучения соляных месторождений
хлорид-сульфатного типа. М.: Изд-во АН СССР. 1951. 232 с.
Данилов
В.П., Фролова Е.А., Кондаков Д.Ф. и др. Поиск низкотемпературных
противогололедных композиций в водно-солевой системе
Ca(N03)2-Mg(NC>3)2-C0(NH2)2-H20 и исследование их свойств // Хим.
технология, 2010. Т. 11. №4. С. 193-198.
Лопатовская
О.Г, Сугаченко А.А Мелиорация почв. Засоленные почвы. Иркутск: Издательство
Иркут. Гос. Уни-та, 2010