شغف العلم الذي لا ينتهي

كيمياء الصدأ والتآكل - ساينسوفيليا

 

كيمياء الصدأ والتآكل

إعداد : فاطمة عبدالرحيم على          
مراجعة وتدقيق : د/محمد أمين البهنساوي

 

كيمياء الصدأ والتآكل - ساينسوفيليا

عند ترك مسمار حديد في الهواء يتعرض إلى الصدأ بفعل تفاعله مع أكسجين الهواء الجوي ،كما تتعرض بعض الالات في الصناعة إلى عملية التأكل والصدأ ويجب علينا بين فترة وأخرى معاينة هذه الالات لترجع إلى سابق عهدها وليمكن استخدامها لفترات كثيرة ، سنتناول في هذا المقال التعريف العام للصدأ  وأضراره ومنع حدوثه  وأكسدة المعادن .

الصدأ هو الاسم الشائع لأكسيد الحديد   وأكثر أشكال الصدأ شيوعًا هو الطلاء أحمر اللون الذي يشكل رقائق على الحديد والصلب (Fe2O3) ، ولكن الصدأ يأتي أيضًا بألوان أخرى بما في ذلك الأصفر والبني والبرتقالي وحتى الأخضر حيث تعكس الألوان المختلفة التركيبات الكيميائية المختلفة للصدأ. 

هل هناك علاقة بين الأكسيد وخصيصا أكسده المعادن والصدأ ؟!

 الأكسدة هي شكل من أشكال تآكل المعادن وتحدث عندما يحدث تفاعل كيميائي أيوني على سطح المعدن أثناء وجود الأكسجين حبث تنتقل الإلكترونات من المعدن إلى جزيئات الأكسجين أثناء هذه العملية ثم تولد أيونات الأكسجين السالبة المعدن وتدخله  مما يؤدي إلى تكوين سطح الأكسيد. 

 


 هناك العديد من المعادن المعرضة لعملية الأكسدة وتشمل المعادن الأساسية النحاس والرصاص والقصدير والألمنيوم والنيكل والزنك والحديد والصلب والموليبدينوم والتنغستن ومعادن انتقالية أخرى ، و يتم تصنيف النحاس والبرونز وسبائك هذه المعادن أيضًا على أنها معادن أساسية ولكن هناك أيضا  المعادن المقاومة للاكسدة مثل المعادن النبيلة كالبلاتين أو الذهب ، تقاوم الأكسدة في حالتها الطبيعية،و تشمل المعادن الأخرى مثل الروثينيوم والروديوم والبلاديوم والفضة والأوزميوم والإيريديوم كما اخترع البشر العديد من السبائك المقاومة للتآكل ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس الأصفر.

آثار التآكل 

لا أحد يريد أن يقود سيارة صدئة  فالمنظر التجميلي ضروري ،وكون التآكل هو أكثر من مجرد قلق تجميلي ، يمكن أن يكون التآكل خطيرًا إذا كان يؤثر على البنية التحتية مثل المباني والجسور وأنابيب الصرف الصحي وإمدادات المياه والسفن ويمكن أن يتسبب التآكل في إضعاف البنية التحتية ، مما يعرض الأرواح للخطر لذلك ، في حين أن منع التآكل قد يكون مكلفًا ، إلا أنه ضروري بالتأكيد . 
كما يمكن أن يكون للتأكل أثار مدمره علي حياه الناس .

التفاعل الكيميائي الذي يسبب الصدأ

على الرغم من أن الصدأ يعتبر نتيجة تفاعل أكسدة  إلا أنه من الجدير بالذكر أنه ليست كل أكاسيد الحديد تصدأ. 

حيث يتشكل الصدأ عندما يتفاعل الأكسجين مع الحديد ، لكن مجرد تجميع الحديد والأكسجين معًا لا يكفي،وعلى الرغم من أن حوالي 21٪ من الهواء يتكون من الأكسجين ، لا يحدث صدأ واحد في الهواء الجاف بل يحدث في الهواء الرطب والماء. 

يتطلب الصدأ ثلاث مواد كيميائية لتكوينه: الحديد والأكسجين والماء.

iron + water + oxygen → hydrated iron(III) oxide

 ولكن ضع في اعتبارك أن غاز الأكسجين (O2) ليس المصدر الوحيد للأكسجين في الهواء أو الماء ، يحتوي ثاني أكسيد الكربون (CO2) أيضًا على الأكسجين ويتفاعل ثاني أكسيد الكربون والماء لتكوين حمض كربونيك ضعيف ،و حمض الكربونيك هو إلكتروليت أفضل من الماء النقي حيث أنه عندما يهاجم الحمض الحديد  يتحول الماء إلى هيدروجين وأكسجين ،ويشكل الأكسجين الحر والحديد المذاب أكسيد الحديد ، مما يطلق إلكترونات يمكن أن تتدفق إلى جزء آخر من المعدن و بمجرد أن يبدأ الصدأ  يستمر في تآكل المعدن .

ما هو مانع التآكل؟

يمكن الإشارة إلى المركب الكيميائي الذي يمكن إضافته إلى السوائل أو الغازات واستخدامه لتقليل معدل التآكل لمادة معينة (عادةً ما يكون معدنًا) على أنه مانع للتآكل.
تتمثل إحدى طرق منع التآكل في إضافة طلاء على سطح المعدن يعمل كطبقة تخميل ولا يسمح بالوصول إلى سطح المعدن.

أنواع مثبطات التآكل وألية عملها :_

يمكن تصنيف مثبطات التآكل إلى أربعة أنواع عامة بناءً على الطريقة التي تعمل بها على المعدن لمنع التآكل. هذه الأنواع هي:

  • مثبط كاثودي:

 يمكن أن تعمل المثبطات الكاثودية على إبطاء التفاعل الكاثودي أو يمكنها العمل بشكل انتقائي على التعجيل في المناطق الكاثودية للمعدن من أجل تقييد الانتشار على السطح المعدني للعناصر المتآكلة. 

تتضمن أمثلة المثبطات الكاثودية أيونات الكبريتيت وثنائي السلفيت التي يمكن أن تتفاعل مع الأكسجين لتكوين الكبريتات. مثال آخر للمثبط الكاثودي هو تفاعل الأكسدة والاختزال المحفز بواسطة النيكل.

  • مثبط انودي

تشكل هذه الأنواع من مثبطات التآكل طبقة أكسيد وقائية رقيقة على سطح المعدن. يؤدي هذا التفاعل إلى تحول انودي كبير ، مما يحول السطح المعدني إلى منطقة تخميل. تساعد منطقة التخميل هذه في تقليل تآكل المعدن.

تتضمن أمثلة مثبطات الأنوديك الكرومات والنتريت والأورثوفوسفات والموليبدات.

  • مثبط التآكل المتطاير

 يمكن استخدام مثبطات التآكل المتطايرة لوقف تآكل أنابيب المكثف في الغلايات. يشار إليها أيضًا باسم مثبطات طور البخار أو VPIs.

تعمل VPIs عن طريق تغيير درجة الحموضة في الغلاف الجوي الخارجي إلى ظروف حمضية أقل من أجل التحكم في التآكل. 

تشمل الأمثلة المورفولين والهيدرازين التي تستخدم للتحكم في تآكل أنابيب المكثف في الغلايات.

  • مثبطات مختلطة

تشكل هذه الأنواع من مثبطات التآكل أيضًا طبقة رقيقة على سطح المعدن. تعمل على تقليل التفاعلات الموجبة وكذلك التفاعلات الأنيونية، يتم ذلك عن طريق تكوين راسب على سطح المعدن.

تتضمن أمثلة المثبطات المختلطة السيليكات والفوسفات التي تستخدم كمنعمات للمياه لإيقاف صدأ الماء.

الفرق بين الصدأ والتآكل

لتحديد الفرق بين الصدأ والتآكل ، نحتاج أولاً إلى معرفة ماهية هذه العمليات. 
بعبارات بسيطة ، التآكل هو نوع من الأكسدة بينما الصدأ جزء من التآكل. 
على الرغم من الاختلاف الرئيسي بين التآكل والصدأ هو أن التآكل يحدث نتيجة للتأثير الكيميائي ويؤثر على الكثير من المواد بينما يتم تسريع الصدأ فقط بواسطة مواد كيميائية معينة وعادة ما يؤثر على مواد الحديد.

الصدأ والتآكل عمليتان كيميائيتان تؤديان إلى تفكك المواد وخاصة المعادن  إلى جانب ذلك ، يجب أن نكون جميعًا قد صادفنا هذه الظواهر في مرحلة ما من حياتنا. 
في الواقع ، إنه مشهد مألوف في المصانع وأحواض بناء السفن والمباني المحطمة والمركبات المهجورة وما إلى ذلك. ومع ذلك ، على خلفية هذه الخلفية ، يميل الكثير منا إلى الخلط بشأن مصطلحات الصدأ والتآكل في حين أن هذه الكلمات عبارة عن مصطلحين يعبران عن نفس الفكرة ويتم استخدامهما أحيانًا بالتبادل ، إلا أن هناك بعض الاختلافات الرئيسية بين الاثنين ؛من المهم تعلمها وفهمها.


الفرق بين الصدأ والتآكل

التآكل

الصدأ

التآكل هو عملية تدهور المواد نتيجة تفاعلات كيميائية أو كهروكيميائية أو تفاعلات أخرى.

الصدأ هو جزء من التآكل وهو عملية كيميائية ينتج عنها تكوين طلاء أحمر أو برتقالي على سطح المعادن.

يمكن أن يحدث التآكل على أسطح مختلفة مثل الجلد والخشب والمعادن وما إلى ذلك.

يحدث الصدأ عادة على أسطح الحديد وسبائكه.

يمكن أن يحدث التآكل عندما تتعرض المادة للهواء أو لبعض المواد الكيميائية.

يحدث الصدأ بشكل رئيسي عندما يتعرض المعدن للهواء والرطوبة.

ينتج عن التآكل تكوين أكاسيد المعادن أو الأملاح.

يتكون أكسيد الحديد فقط عند حدوث الصدأ.

يمكن أن يحدث التآكل في مواد مثل البوليمرات والسيراميك ويعرف هذا النوع بالتحلل.

يمكن أن يؤثر الصدأ أو الصدأ على الحديد وسبائكه فقط.

المراجع :_

ليست هناك تعليقات