22.7: coroziune

un aspect important al utilizării unor metale, în special a fierului, este posibilitatea coroziunii. Se estimează că aproximativ o șeptime din toată producția de fier merge pentru a înlocui metalul pierdut la coroziune. Rugina este aparent o formă hidratată de oxid de fier(III). Formula este aproximativ Fe2O3 * \(\tfrac {\text{3}} {\text{2}}\) H2O, deși cantitatea exactă de apă este variabilă. (Rețineți că aceasta este aproximativ la jumătatea distanței dintre hidroxidul de fier(III), Fe(OH)3 sau ½ {Fe2O3•3H2O] și Fe2O3 anhidru).,ruginirea necesită atât oxigen, cât și apă și este de obicei accelerată de acizi, tulpini în fier, contact cu metale mai puțin active și prezența ruginei în sine. În plus, observarea unui obiect ruginit, cum ar fi un cui de fier dintr-o clădire veche din lemn, arată că rugina se va depune într-o singură locație (lângă capul de unghii), în timp ce cea mai mare pierdere de fier metalic va avea loc în altă parte (aproape). Aceste fapte sugerează că mecanismul de ruginire implică o celulă galvanică., Jumătățile de ecuații implicate sunt

\

\

obținându-se reacția completă:

\

odată ce se formează Fe2+(aq), poate migra liber prin soluția apoasă într-o altă locație de pe suprafața metalică. În acel moment fierul poate precipita:

\

ionii de hidrogen eliberați de această reacție sunt apoi parțial consumați de ecuația \(\ref{2}\). Electronii necesari pentru jumătatea ecuației \(\ref{2}\) sunt furnizați din ecuația \(\ref{1}\) prin conducție metalică prin fier sau prin conducție Ionică dacă soluția apoasă conține o concentrație semnificativă de ioni., Astfel, fierul ruginește mai repede în contact cu apa sărată decât în stare proaspătă.mecanismul propus în paragraful precedent implică faptul că unele regiuni ale suprafeței fierului devin catodice, adică reducerea oxigenului în apă are loc acolo. Alte locații sunt anodice; se produce oxidarea Fe La Fe2+. Modul principal în care astfel de regiuni pot fi înființate depinde de restricționarea alimentării cu oxigen, deoarece oxigenul este necesar pentru reacția catodică prezentată în ecuația \(\ref{2}\). În cazul cuiului de fier, de exemplu, rugina se formează în apropierea capului, deoarece este disponibil mai mult oxigen., Cea mai mare parte a pierderii de metal are loc adânc în lemn, cu toate acestea, în apropierea punctului de unghii. La această ecuație locație \(\ref{1}\), dar nu \(\ref{2}\) poate să apară.o situație similară apare atunci când o picătură de umiditate aderă la o suprafață de fier (figura \(\PageIndex{1}\)). Pitting-ul are loc în apropierea centrului picăturii, în timp ce oxidul de fier hidratat(III) se depune în apropierea marginii.un al doilea mod în care regiunile anodice și catodice pot fi configurate implică prezența unui al doilea metal care are o atracție mai mare pentru electroni (este mai puțin ușor oxidat) decât fierul., Un astfel de metal poate scurge electronii rămași în fier atunci când Fe2+ se dizolvă. Acest exces de electroni face ca metalul mai puțin activ să fie un sit ideal pentru ecuația \(\ref{2}\) și astfel o celulă este configurată la intersecția metalelor. Rugina poate acoperi de fapt suprafața metalului mai puțin activ, în timp ce gropile se formează în fier.cea mai importantă tehnică pentru prevenirea ruginii este pur și simplu excluderea apei și a oxigenului cu ajutorul unui strat de protecție. Acesta este principiul din spatele ungere, ungere, vopsire sau metal placare de fier., Acoperirea trebuie să fie completă, totuși, sau ruginirea poate fi accelerată prin excluderea oxigenului de pe o parte a suprafeței. Acest lucru este valabil mai ales atunci când fierul este acoperit cu un metal mai puțin activ, cum ar fi staniu. Chiar și o gaură în acoperirea de pe o cutie de staniu va rugini foarte repede, deoarece cositorul devine catodic datorită potențialului său mai mare de electrod și excluderii oxigenului din fierul de dedesubt.o a doua tehnică implică aducerea obiectului de fier în contact cu un metal mai activ., Aceasta se numește protecție catodică, deoarece metalul mai activ donează electroni fierului, inhibând puternic ecuația \(\ref{1}\). Atât protecția catodică, cât și acoperirea suprafeței sunt asigurate prin galvanizare, proces în care zincul este placat pe oțel electrolitic sau prin scufundarea în metalul topit. Ca multe alte metale, de zinc este de auto-protecție—reacționează cu oxigenul și dioxidul de carbon din aer pentru a forma un adept impermeabil strat de zinc hydroxycarbonate, Zn2(OH)2CO3., În cazul în care există o zgârietură în placa de zinc, fierul încă nu poate rugini, deoarece zincul va fi oxidat preferențial. Hidroxicarbonatul format va acoperi apoi deschiderea, împiedicând contactul ulterior al oxigenului cu fierul sau zincul.o a treia tehnică se aplică situațiilor (cum ar fi un radiator auto) în care soluțiile apoase sunt în contact cu fierul. Inhibitori de coroziune include cromat săruri și compuși organici, cum ar fi tribntylamine, (C4H9)3N. Cromații se pare că formează un strat impermeabil de FeCrO4(s) cât mai curând orice fier este oxidat la fier(II)., Tributilamina, un derivat al amoniacului, reacționează cu acizii organici formați prin descompunerea antigelului la temperaturile ridicate ale unui motor auto. Sărurile de tributilamoniu produse sunt insolubile și acoperă interiorul sistemului de răcire. Astfel, tributilamina neutralizează acidul care ar accelera coroziunea și oferă și o acoperire de suprafață.