Κατανοώντας το What Corrosio
Η διαδικασία μετατροπής των μετάλλων αργά σε ανεπιθύμητες ενώσεις (συνήθως οξείδια) ή η διαδικασία αποικοδόμησης μετάλλων παρουσία επιβλαβών αερίων και υγρασίας στην ατμόσφαιρα ονομάζεται διάβρωση». Η σκουριά του σιδήρου είναι το κύριο παράδειγμα διάβρωσης. Στη βάση του, θα προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τον μηχανισμό της διάβρωσης. Χημικά, η σκουριά είναι ενυδατωμένο οξείδιο του σιδήρου (Fe2O3 xH2O). Εμφανίζεται λόγω υγρασίας, CO2 και O2 .
Η σκουριά δεν σχηματίζεται σε κενό ή ξηρό αέρα. Η σκουριά είναι μια ουσία καφέ χρώματος που μπορεί να αφαιρεθεί με το ξύσιμο. Για την εξήγηση της διαδικασίας σκουριάς, η ηλεκτροχημική θεωρία είναι η καταλληλότερη.
Ηλεκτροχημική θεωρία της σκουριάς:
Σε ένα συγκεκριμένο σημείο σιδερένιων αντικειμένων, λαμβάνει χώρα η διαδικασία σκουριάς και αυτό το μέρος συμπεριφέρεται ως άνοδος.
Στην άνοδο:
2Fe ———>2Fe2+ + 4e–
Efe/Fe² =0,44 V.
Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από την άνοδο μετακινούνται στην άλλη θέση (κάθοδος) και μειώνουν το οξυγόνο παρουσία ιόντων Η+. Αυτό το ιόν Η+ λαμβάνεται με τον ιονισμό του H2CO3 που σχηματίζεται από τη διάλυση του CO2 στο νερό.
Στην Κάθοδο :
O2(aq) + 4H + 4e– →2H2O
E=1,23 V.
Ολοκληρώστε την κυτταρική αντίδραση με συνδυασμό αντίδρασης ανόδου και καθόδου
2 Fe(s) + O2(g) + 4H(aq) →2Fe2+ +H2O
E =0,44 V + 1,23 V =1,67 V.
Έτσι, δημιουργείται ένα δυναμικό 1,67 V και η διαδικασία πραγματοποιείται συνεχώς.
Το ιόν Fe2+ που σχηματίζεται στην άνοδο αντιδρά με ιόντα ΟΗ και σχηματίζει Fe(OH)2(s). Αυτό το υδροξείδιο του σιδήρου (II) από το οξυγόνο της ατμόσφαιρας σχηματίζει ένυδρο οξείδιο σιδήρου (III) παρουσία υγρασίας.
2Fe(OH)2 + 1\2 O2 + H2O —> Fe2O3.xH2O.
Αυτό το ενυδατωμένο οξείδιο του σιδήρου (σκουριά) δεν κολλάει στη μεταλλική επιφάνεια και βγαίνει από την επιφάνεια ως κοκκινοκαφέ σκόνη. Τώρα, τα άτομα σιδήρου που υπάρχουν κάτω από την επιφάνεια έρχονται σε επαφή με την ατμόσφαιρα και επαναλαμβάνουν τη διαδικασία με την οποία ο σίδηρος συνεχίζει να καταστρέφεται από τη σκουριά.
Στο θαλασσινό νερό, η διαδικασία της διάβρωσης επιταχύνεται επειδή τα άλατα που υπάρχουν στο θαλασσινό νερό αυξάνουν την αγωγιμότητα του διαλύματος ηλεκτρολύτη που υπάρχει στη μεταλλική επιφάνεια.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη Διάβρωση
- Φύση του μετάλλου: Όσο υψηλότερη είναι η αντιδραστικότητα του μετάλλου, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση του να υφίσταται διάβρωση. Σε μια ηλεκτροχημική σειρά, όσο υψηλότερη (επάνω) είναι η θέση του μετάλλου, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντιδραστικότητά του και, επομένως, μεγαλύτερη είναι η τάση του να υφίσταται διάβρωση.
- Παρουσία ακαθαρσιών: Λόγω των ακαθαρσιών, δημιουργούνται μικρά κελιά διάβρωσης και η διάβρωση εμφανίζεται γρήγορα. Ο ρυθμός διάβρωσης στα ακάθαρτα ιόντα είναι ταχύτερος από ότι στα καθαρά ιόντα.
- Φύση της ατμόσφαιρας: Εάν η υγρασία, η αλατότητα ή αέρια όπως CO2, SO2, SO κ.λπ. υπάρχουν ως ακαθαρσίες στην ατμόσφαιρα, τότε ο ρυθμός διάβρωσης αυξάνεται επειδή αυτές οι ακαθαρσίες λειτουργούν ως ηλεκτρολύτες και βοηθούν στην επιτάχυνση των αντιδράσεων των κυττάρων.
- Παραμόρφωση σε μέταλλα: Η διάβρωση του μετάλλου της λείας και επίπεδης επιφάνειας είναι μικρότερη από το τραχύ μέταλλο επειδή, στις διπλωμένες θέσεις των μετάλλων, τα μόρια ή τα άτομα είναι σε καταπόνηση.
- Παρουσία ηλεκτρολύτη: Λόγω της παρουσίας νερού που περιέχει οξύ, βάση ή σαν άλας ηλεκτρολύτη με μέταλλα, ο ρυθμός διάβρωσης αυξάνεται. Η διάβρωση του μετάλλου εξαρτάται επίσης από το pH. Σε ένα αλκαλικό μέσο, η ταχύτητα της διάβρωσης είναι αργή και σε ένα όξινο μέσο, είναι γρήγορη.
Προλήψεις από τη διάβρωση:-
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την προστασία των μετάλλων από τη διάβρωση (ή τον σίδηρο από τη σκουριά). Μερικές σημαντικές μέθοδοι συζητούνται παραπάνω:
- Προστασία φραγμού: Είναι μια μέθοδος κατά την οποία εισάγεται ένα φιλμ που λειτουργεί ως φράγμα μεταξύ των σωματιδίων σιδήρου και των αερίων της ατμόσφαιρας και της υγρασίας. Μπορεί να γίνει με (i) Βάψιμο της επιφάνειας του μετάλλου, (ii) Επικάλυψη της επιφάνειας του μετάλλου με ένα λεπτό στρώμα λαδιού ή γράσου (iii) Ηλεκτρομετάλλωσης σιδήρου.
- Θυσιαστική προστασία: Σε αυτή τη μέθοδο προστασίας, ο σίδηρος επικαλύπτεται από ένα λεπτό στρώμα μετάλλου που είναι πιο ενεργό προς την ατμόσφαιρα από τον σίδηρο. Αυτό αποτρέπει την απώλεια ηλεκτρονίων από την επιφάνεια του σιδήρου. Το ενεργό μέταλλο που χάνει ηλεκτρόνια κατά προτίμηση του σιδήρου που κάνει το μέταλλο να περάσει στην ιοντική κατάσταση. Το εξωτερικό στρώμα του μετάλλου θα καταστραφεί μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, αλλά το εσωτερικό μέταλλο προστατεύεται αυτή τη στιγμή και η προστασία ονομάζεται προστασία θυσίας.
Στη διαδικασία γαλβανισμού, το μέταλλο ψευδάργυρου χρησιμοποιείται συνήθως για την προστασία του μετάλλου. Ο γαλβανισμένος σίδηρος διατηρεί τη λάμψη του λόγω της επικάλυψης ενός αόρατου προστατευτικού στρώματος βασικού ανθρακικού ψευδαργύρου ZnO, Zn(OH)2, λόγω της αντίδρασης μεταξύ Zn, O2, CO και υγρασίας στον αέρα.
Ωστόσο, εάν συμβεί κάποια καταστροφή στην προστατευτική μεμβράνη ψευδαργύρου, η οποία είναι επικαλυμμένη με σίδηρο, ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, το σίδερο δεν θα σκουριάσει. Αυτό συμβαίνει επειδή λόγω γρατσουνιών, τόσο ο ψευδάργυρος όσο και ο σίδηρος εκτίθενται σε οξείδωση, αλλά ο ψευδάργυρος οξειδώνεται πρώτα και μόνο αφού οξειδωθεί ο σίδηρος.
Στην περίπτωση επικασσιτέρωσης, η μεμβράνη προστατεύει από τη σκουριά μέχρι να παραμείνει άθικτη. Εάν εμφανιστούν γρατσουνιές στην επιφάνεια της επίστρωσης, και τα δύο μέταλλα εκτίθενται σε οξυγόνο. Σε αυτήν την περίπτωση, ο σίδηρος οξειδώνεται πρώτα και σκουριάζει επειδή το δυναμικό μείωσης του κασσίτερου είναι μεγαλύτερο από αυτό του σιδήρου.
Οι σκόνες Zn, Al και Mg αναμιγνύονται με χρώματα και χρησιμοποιούνται ως προστατευτικά στρώματα.
- Ηλεκτρική προστασία ή καθοδική προστασία: Αυτή η μέθοδος είναι χρήσιμη για την προστασία των ειδών σιδήρου που έρχονται σε άμεση επαφή με το νερό, όπως οι υπόγειοι σωλήνες νερού. Τα είδη από σίδηρο συνδέονται άμεσα με πιο ενεργά μέταλλα από τον σίδηρο όπως ο Zn ή το Mg. Το ενεργό μέταλλο που επιλέγουμε έχει μικρότερο δυναμικό μείωσης από το σίδηρο. Ως εκ τούτου, το ενεργό μέταλλο χάνει ηλεκτρόνια (Οξειδώνει) κατά προτίμηση από τον σίδηρο, και έτσι ο σίδηρος προστατεύεται από τη σκουριά.
- Χρήση αντισκωριακών λύσεων: Τα διαλύματα που χρησιμοποιούνται συνήθως για την αντισκωριακή προστασία είναι τα διαλύματα αλκαλικής φωσφατάσης και αλκαλικού χρωμικού.
Τα είδη σιδήρου βυθίζονται σε ένα ισχυρά αλκαλικό και βραστό διάλυμα φωσφορικού νατρίου (Na3PO4), σχηματίζεται ένα προστατευτικό στρώμα φωσφορικού σιδήρου στο σίδερο.
Αυτό το στρώμα προστατεύει το σιδερένιο αντικείμενο από τη σκουριά. Λόγω της αλκαλικής φύσης των διαλυμάτων, τα ιόντα Η δεν είναι διαθέσιμα. Έτσι, απουσία ιόντων Η+, δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν οξειδώσεις του Fe σε Fe²+.
Συμπέρασμα:-
Η διάβρωση είναι πολύ συνηθισμένη στην καθημερινή μας ζωή, αλλά τώρα, ξέρετε ότι το ρεύμα διάβρωσης υπάρχει επίσης ως αποτέλεσμα αυτής της χημικής αντίδρασης (ένα πολύ μικρό ρεύμα). Η διάβρωση είναι μια φυσική διαδικασία που αλλάζει ένα εξευγενισμένο μέταλλο σε μια σταθερή χημική κατάσταση όπως το οξείδιο υδροξείδιο ή σουλφίδιο. Είναι η αργή αποικοδόμηση των υλικών (συχνά μετάλλων) που προκαλείται από χημικές και ηλεκτροχημικές αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον τους. Διαβρώνει και αλλοιώνει το υλικό μειώνοντας την αντοχή, την εμφάνιση και την αντοχή του. Η σκουριά είναι απλώς ένα παράδειγμα διάβρωσης που είναι η διαδικασία φθοράς των μετάλλων. Διερευνήθηκαν επίσης ορισμένα από τα προληπτικά μέτρα που μπορούν να ληφθούν για τη βελτίωση της ποιότητας και της μακροζωίας των μετάλλων. Η φυσική διάβρωση συμβαίνει στα μέταλλα και στα μη μέταλλα και δημιουργεί ένα στεγνό, λεπιδωτό στρώμα στην επιφάνειά τους που τα κάνει να διασπώνται. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά μέταλλα και κράματα που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή και έχουν τέτοιου είδους πράγματα μέσα τους.
