Πώς η διάβρωση του σιδήρου στην παρουσία υγρού αέρα;
Διάβρωση του σιδήρου σε υγρό αέρα:Μια λεπτομερής εξήγηση
Η διάβρωση του σιδήρου σε υγρό αέρα, κοινώς γνωστή ως σκουριά, είναι μια σύνθετη ηλεκτροχημική διαδικασία που περιλαμβάνει διάφορα βήματα:
1. Σχηματισμός ηλεκτρολύτη:
* Ο υγρός αέρας περιέχει διαλυμένο οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα.
* Αυτό δημιουργεί ένα λεπτό στρώμα ηλεκτρολύτη (ένα διάλυμα που διεξάγει ηλεκτρική ενέργεια) στην επιφάνεια του σιδήρου.
2. Σχηματισμός ανοδικών και καθοδικών τοποθεσιών:
* Ο σίδηρος δεν είναι απόλυτα ομοιόμορφος. Υπάρχουν μικρές παραλλαγές στη σύνθεση και τη δομή του.
* Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό ανοδικών τοποθεσιών (όπου εμφανίζεται οξείδωση) και καθοδικές θέσεις (όπου συμβαίνει μείωση) στην επιφάνεια του σιδήρου.
3. Οξείδωση στην άνοδο:
* Στις ανοδικές τοποθεσίες, τα άτομα σιδήρου χάνουν ηλεκτρόνια και σχηματίζουν ιόντα σιδήρου (Fe2⁺):
* fe (s) → fe2⁺ (aq) + 2e⁻
* Αυτά τα ιόντα σιδήρου αντιδρούν στη συνέχεια με οξυγόνο και νερό για να σχηματίσουν ενυδατωμένο οξείδιο του σιδήρου (II):
* fe2⁺ (aq) + 2OH⁻ (aq) → fe (oh) ₂ (s)
4. Μείωση στην κάθοδο:
* Στις καθοδικές θέσεις, το διαλυμένο οξυγόνο στο ηλεκτρολύτη κερδίζει ηλεκτρόνια και αντιδρά με νερό για να σχηματίσει ιόντα υδροξειδίου (OH⁻):
* o₂ (aq) + 2h₂o (l) + 4e⁻ → 4oh⁻ (aq)
5. Σχηματισμός σκουριάς:
* Το ενυδατωμένο οξείδιο του σιδήρου (II) (Fe (OH) ₂) αντιδρά περαιτέρω με οξυγόνο και νερό για να σχηματίσει ενυδατωμένο οξείδιο σιδήρου (III), κοινώς γνωστό ως σκουριά (Fe₂o₃.xh₂o):
* 4fe (oh) ₂ (s) + o₂ (g) → 2fe₂o₃.xh₂o (s) + 2h₂o (l)
Παράγοντες που επηρεάζουν τη σκουριά:
* Παρουσία νερού: Η υγρασία είναι απαραίτητη για το σχηματισμό του ηλεκτρολύτη, καθιστώντας τη σκουριά πιο εμφανή σε υγρά περιβάλλοντα.
* Παρουσία οξυγόνου: Το οξυγόνο λειτουργεί ως οξειδωτής, επιταχύνοντας τη διαδικασία διάβρωσης.
* οξύτητα: Τα όξινα περιβάλλοντα (όπως αυτά με διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα) επιταχύνουν τη διαδικασία αυξάνοντας την αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη και βοηθώντας τον σχηματισμό ιόντων σιδήρου.
* Θερμοκρασία: Οι υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν τους ρυθμούς αντίδρασης, οδηγώντας σε ταχύτερη διάβρωση.
* Παρουσία ηλεκτρολυτών: Άλλα διαλυμένα άλατα και ορυκτά στο νερό μπορούν να δρουν ως ηλεκτρολύτες και να αυξήσουν τη διάβρωση.
* Κατάσταση επιφάνειας: Οι τραχύς ή κατεστραμμένες επιφάνειες παρέχουν περισσότερες τοποθεσίες για να ξεκινήσει η διαδικασία.
Πρόληψη σκουριάς:
* Επικάλυψη: Η εφαρμογή βαφής, πετρελαίου ή άλλων προστατευτικών επικαλύψεων εμποδίζει την επίτευξη οξυγόνου και υγρασίας στην επιφάνεια του σιδήρου.
* Γαλβανισμός: Η κάλυψη του σιδήρου με ένα στρώμα ψευδαργύρου το προστατεύει ενεργώντας ως θυσιαστική άνοδος. Ο ψευδάργυρος διαβρώνει αντί του σιδήρου, προστατεύοντας αποτελεσματικά το υποκείμενο μέταλλο.
* κράμα: Η δημιουργία κραμάτων όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας ενσωματώνει στοιχεία που αντιστέκονται στη διάβρωση.
* Καθοδική προστασία: Προσαρμόζοντας ένα πιο δραστικό μέταλλο στην επιφάνεια του σιδήρου για να ενεργεί ως θυσιαζόμενη άνοδος.
Συνέπειες της σκουριάς:
* Η σκουριά αποδυναμώνει τη δομή του σιδήρου και μπορεί τελικά να προκαλέσει αποτυχία.
* Μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές οικονομικές απώλειες λόγω ζημιών σε δομές και μηχανήματα.
* Θέτει περιβαλλοντικά προβλήματα λόγω της απελευθέρωσης του σιδήρου στο περιβάλλον.
Η κατανόηση του μηχανισμού σκουριάς είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη στρατηγικών για την πρόληψη και τη διατήρηση της ακεραιότητας των υλικών με βάση το σιδήρου.
