Формиат натрия и его свойства как противогололедного реагента

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования и науки Российской Федерации

Реферат

по Химии

на тему:

Формиат натрия и его свойства как противогололедного реагента

Москва

2016



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	Ацетат аммония	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

№ состава	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.



Список использованной литературы

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

Размещено на Allbest.ru