22.7: corrosie

een belangrijk aspect van het gebruik van sommige metalen, met name van ijzer, is de mogelijkheid van corrosie. Er wordt geschat dat ongeveer een zevende van alle ijzerproductie gaat naar het metaal verloren aan corrosie te vervangen. Roest is blijkbaar een gehydrateerde vorm van ijzer (III)oxide. De formule is ongeveer Fe2O3•\(\tfrac{\text{3}}{\text{2}}\)H2O, hoewel de exacte hoeveelheid water variabel is. (Let op: dit is ongeveer halverwege tussen ijzer(III) hydroxide, Fe (OH)3 of ½ {Fe2O3•3H2O], en watervrij Fe2O3).,

roesten vereist zowel zuurstof als water, en het wordt meestal versneld door zuren, stammen in het ijzer, contact met minder actieve metalen en de aanwezigheid van roest zelf. Bovendien toont de observatie van een verroest voorwerp, zoals een ijzeren spijker uit een oud houten gebouw, aan dat roest op één plaats (bij de kop van de spijker) zal neerslaan, terwijl het grootste verlies aan metaalijzer elders (bij de punt) zal optreden. Deze feiten suggereren dat het mechanisme van roesten een galvanische cel impliceert., De halfvergelijkingen in kwestie zijn

\

wat de volledige reactie oplevert:

\

zodra Fe2+(aq) is gevormd, kan het vrij door de waterige oplossing migreren naar een andere locatie op het metaaloppervlak. Op dat moment kan het ijzer neerslaan:

\

waterstofionen die door deze reactie vrijkomen, worden dan gedeeltelijk verbruikt door vergelijking \(\ref{2}\). De elektronen die nodig zijn voor halve vergelijking \(\ref{2}\) worden geleverd uit Vergelijking \(\ref{1}\) via metaalgeleiding door het ijzer of door iongeleiding als de waterige oplossing een significante concentratie aan ionen bevat., Daardoor roest ijzer sneller in contact met zout water dan in vers.

het in de vorige paragraaf voorgestelde mechanisme houdt in dat sommige gebieden van het ijzeroppervlak kathodisch worden, dat wil zeggen dat daar vermindering van zuurstof naar water plaatsvindt. Andere locaties zijn anodisch; oxidatie van Fe tot Fe2 + vindt plaats. De belangrijkste manier waarop dergelijke gebieden kunnen worden ingesteld hangt af van de beperking van de zuurstoftoevoer, omdat zuurstof nodig is voor de kathodische reactie zoals weergegeven in vergelijking \(\ref{2}\). Bij de ijzeren spijker vormt zich bijvoorbeeld roest bij de kop omdat er meer zuurstof beschikbaar is., Het grootste deel van het verlies van metaal vindt plaats diep in het hout, echter, in de buurt van de punt van de nagel. Op deze plaats kan vergelijking \(\ref{1}\) maar niet \(\ref{2}\) voorkomen.

een soortgelijke situatie doet zich voor wanneer een druppel vocht aan een ijzeroppervlak hecht (figuur \(\Paginindex{1}\)). Het kuiltjes maken in de buurt van het centrum van de druppel, terwijl gehydrateerd ijzer(III) oxide afzettingen in de buurt van de rand.

een tweede manier waarop anodische en kathodische gebieden kunnen worden opgezet, impliceert de aanwezigheid van een tweede metaal dat een grotere aantrekkingskracht heeft op elektronen (minder gemakkelijk geoxideerd is) dan ijzer., Zo ‘ n metaal kan de elektronen die in het ijzer achterblijven afvoeren wanneer Fe2+ oplost. Deze overmaat aan elektronen maakt van het minder actieve metaal een ideale plaats voor vergelijking \(\ref{2}\), en zo wordt een cel opgezet op het snijpunt van de metalen. Roest kan het oppervlak van het minder actieve metaal bedekken terwijl er kuilen in het ijzer ontstaan.

de belangrijkste techniek ter voorkoming van roest is simpelweg het uitsluiten van water en zuurstof door middel van een beschermende coating. Dit is het principe achter het oliën, invetten, schilderen of metaalplateren van ijzer., De bekleding moet echter volledig zijn of het roesten kan worden versneld door het uitsluiten van zuurstof uit een deel van het oppervlak. Dit geldt vooral wanneer ijzer is bekleed met een minder actief metaal zoals tin. Zelfs een gaatje in de coating van een blikje zal zeer snel roesten, omdat het blik kathodisch wordt door zijn Grotere elektrodepotentiaal en door de zuurstofuitsluiting van het ijzer eronder.

een tweede techniek is het in contact brengen van het ijzer object met een meer actief metaal., Dit wordt kathodische bescherming genoemd omdat het meer actieve metaal elektronen aan het ijzer doneert, waardoor vergelijking \(\ref{1}\) sterk wordt geremd. Zowel kathodische bescherming als een oppervlaktecoating worden geleverd door galvaniseren, een proces waarbij zink elektrolytisch op staal wordt geplateerd of door dompelen in het gesmolten metaal. Net als veel andere metalen is zink zelfbeschermend-het reageert met zuurstof en kooldioxide uit de lucht om een klevende ondoordringbare coating van zinkhydroxycarbonaat, Zn2(OH)2CO3 te vormen., Mocht er een kras in de zinkplaat zitten, dan kan het ijzer nog steeds niet roesten omdat zink bij voorkeur geoxideerd wordt. Het gevormde hydroxycarbonaat zal dan de opening bedekken, waardoor verder contact van zuurstof met het ijzer of zink wordt voorkomen.

een derde techniek is van toepassing op situaties (zoals een radiator voor auto ‘ s) waarin waterige oplossingen in contact komen met het ijzer. De inhibitors van de corrosie omvatten chromaatzouten en organische verbindingen zoals tribntylamine, (C4H9)3N. chromaten schijnen een ondoordringbare coating van FeCrO4(s) te vormen zodra om het even welk ijzer tot ijzer (II) wordt geoxideerd., Tributylamine, een derivaat van ammoniak, reageert met organische zuren gevormd door afbraak van antivries bij de hoge temperaturen van een auto-motor. De geproduceerde tributylammoniumzouten zijn onoplosbaar en bedekken de binnenkant van het koelsysteem. Zo neutraliseert tributylamine zuur dat corrosie zou versnellen en biedt een oppervlaktecoating ook.