Формиат натрия и его свойства как противогололедного реагента

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

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

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