በዝገት ሂደት ውስጥ የኬሚካል ግብረመልሶች

በዝገት ሂደት ውስጥ የኬሚካል ግብረመልሶች

ዝገት ከዕለት ተዕለት ሕይወት ጋር በጣም በቅርበት ከሚዛመዱት ኬሚካላዊ ክስተቶች አንዱ ነው፣ ነገር ግን ተጽዕኖው ጥልቅ ሊሆን ይችላል። ከዝገት አጥር እስከ የተዳከሙ የተሽከርካሪ ክፈፎች እስከ የሚያፈሱ የኢንዱስትሪ ቱቦዎች - ሁሉም በዝገት ሂደት ሊጀምሩ ይችላሉ። በቀላል አነጋገር፣ ዝገት ከአካባቢው ጋር በኬሚካል ወይም በኤሌክትሮኬሚካል ግብረመልሶች ምክንያት የቁሶች (በተለይም ብረቶች) መበላሸት ተደርጎ ሊወሰድ ይችላል። ምንም እንኳን ብዙውን ጊዜ በቀላሉ "ዝገት" ተብሎ ቢታሰብም፣ ዝገት በእውነቱ በውሃ፣ በኦክስጅን፣ በጨው፣ በአሲድነት እና በብረት ወለል ላይ ባሉ የኤሌክትሪክ እምቅ ልዩነቶች ተጽዕኖ ስር ያሉ ውስብስብ ግብረመልሶችን ያካትታል።

ዝገት እንደ ኤሌክትሮኬሚካል ሂደት

በአብዛኛዎቹ ሁኔታዎች የብረት ዝገት የሚከሰተው በኤሌክትሮኬሚካል ዘዴዎች ነው፣ ይህ ማለት ሂደቱ በብረት ወለል ላይ ማይክሮ-ኤሌክትሮኬሚካል ሴል ከመፈጠሩ የሚመነጩ የኤሌክትሮኖችን ፍሰት ያካትታል ማለት ነው። ይህ ሴል ሁለት ዋና ዋና ክፍሎችን ያቀፈ ነው፡ የአኖድ ክልል እና የካቶድ ክልል። ብረቱ ተመሳሳይነት ያለው ቢመስልም፣ ውበቱ ብዙውን ጊዜ ጉድለቶችን፣ ውስጣዊ ጭንቀቶችን፣ ጥቃቅን ውህዶችን ወይም ከሌሎች ብረቶች ጋር ንክኪዎችን ይይዛል፣ ይህም የገጽታው ክፍል እንደ አኖድ እና ሌላ ክፍል እንደ ካቶድ ሆኖ እንዲሠራ ያደርጋል።

- በአኖድ ላይ፣ ብረቱ ኦክሳይድ (ኤሌክትሮኖችን የሚለቁ) ያደርጋል።
- በካቶድ ላይ፣ የመቀነስ ምላሽ (ኤሌክትሮኖችን መቀበል) ይከሰታል፣ ይህም ብዙውን ጊዜ ኦክስጅንን ወይም ሃይድሮጂን አየኖችን ያካትታል።

በሌላ አነጋገር፣ ዝገት በብረት ወለል ላይ ያለማቋረጥ የሚሰራ "ትንሽ ባትሪ" ተደርጎ ሊወሰድ ይችላል፣ ኤሌክትሮላይት (ለምሳሌ ውሃ) አየኖችን ለማንቀሳቀስ እንደ መካከለኛ እስካለ ድረስ።

የብረት ዝገት መሰረታዊ ምላሾች፡ የዝገት ምንጮች

ብረት (Fe) በቀላሉ ስለሚዝገት ስለ ዝገት በሚደረጉ ውይይቶች ውስጥ በጣም የተለመደው ምሳሌ ነው። ዝገት ውስብስብ ድብልቅ ሲሆን በዋናነት እርጥበት ያለው የብረት ኦክሳይድ (ለምሳሌ፣ Fe₂O₃·nH₂O) ነው፣ ነገር ግን መፈጠሩ የሚጀምረው በበርካታ የምላሽ ደረጃዎች ነው።

1. የአኖዲክ ምላሽ፡ የብረት ኦክሳይድ

በአኖድ ላይ፣ ብረት ኤሌክትሮኖችን በመልቀቅ ይሟሟል፡

Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻

ይህ ምላሽ የፌ²⁺ አየኖች እንዲፈጠሩ ያደርጋል፣ ይህም ብረቱ በአኖዲክ ነጥብ ላይ ክብደት እንዲያጣ ያደርገዋል። ይህ በብረቱ ውስጥ የ"ዝገት" ሂደት መጀመሪያ ነው።

2. የካቶዲክ ምላሽ፡ የኦክስጅን ቅነሳ

በገለልተኛ ወይም በአልካላይን አካባቢዎች (እንደ ተራ ውሃ)፣ በጣም የተለመደው የካቶዲክ ምላሽ የሟሟ ኦክስጅን መቀነስ ነው፡

O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)

ከአኖድ ፍሰት ወደ ካቶድ ክልል የሚለቀቁት ኤሌክትሮኖች ኦክስጅንን ለመቀነስ ያገለግላሉ። የውሃ እና የኦክስጅን መኖር ሁለት ቁልፍ ነገሮች ናቸው።

3. የመካከለኛ ውህድ መፈጠር፡ Fe(OH)₂

በአኖድ ላይ የተፈጠሩት የFe²⁺ አየኖች ከካቶዲክ ምላሽ ከ OH⁻ አየኖች ጋር ምላሽ በመስጠት ፕሪክሲት ይፈጥራሉ፡

Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)

እነዚህ ክምችቶች ገና የመጨረሻ ዝገት አይደሉም፣ ነገር ግን የበለጠ ሊለወጡ የሚችሉ "ቀደም ሲል የዝገት ምርቶች" ናቸው።

4. ወደ Fe(OH)₃ እና Hydrated Iron Oxide ተጨማሪ ኦክሳይድ

Fe(OH)₂ በኦክስጅን ወደ Fe(OH)₃ ሊለወጥ ይችላል፡

4Fe(OH)₂(ዎች) + O₂(ሰ) + 2H₂ኦ(ል) → 4ፌ(ኦኤች)₃(ዎች)

ከዚያም Fe(OH)₃ በከፊል ድርቀት እና መዋቅራዊ መልሶ ማደራጀት የሚከናወነው ዝገት ብለን ወደምናውቀው ወደ ሃይድሬትድ ብረት ኦክሳይድ ነው፡

Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (ውሃ)

የዝገት ምርቶች ቀዳዳ ያላቸው እና በጥብቅ የማይጣበቁ በመሆናቸው ከስር ያሉትን የብረት ንብርብሮች አይከላከሉም። ስለዚህ የብረት ዝገት የመቀጠል እና የመባባስ አዝማሚያ አለው።

የኤሌክትሮላይቶች እና የጨው አየኖች ተጽእኖ

እንደ የባህር ውሃ ወይም ጨው የያዘ ውሃ ያሉ ጥሩ ኤሌክትሮላይቶች ባሉበት ጊዜ ዝገት በጣም ፈጣን ይሆናል። የክሎራይድ አየኖች (Cl⁻) በጣም አደገኛ ከሆኑ የዝገት አፋጣኝ ነገሮች አንዱ ናቸው። ጨው የመፍትሄውን ኮንዳክሽን ይጨምራል፣ ይህም በብረት ወለል ላይ ያለውን የኤሌክትሮኬሚካል ፍሰት ይጨምራል። በተጨማሪም፣ ክሎራይድ በተወሰኑ ብረቶች ላይ ያለውን ተገብሮ ንብርብር ሊጎዳ እና እንደ ስንጥቅ ዝገት እና ፒቲንግ ዝገት ያሉ አካባቢያዊ ዝገትን ሊያስነሳ ይችላል።

በብረት ውስጥ፣ Cl⁻ የያዘ አካባቢ እንዲሁም ያልተረጋጉ የዝገት ምርቶችን እንዲፈጠሩ ሊያበረታታ እና ትናንሽ፣ ጥልቅ የአኖድ ነጠብጣቦችን መፈጠር ሊያፋጥን ይችላል፣ ይህም ከውጭ ለመለየት አስቸጋሪ የሆኑ የዝገት ጉድጓዶችን ያስከትላል።

በአሲድ አካባቢ ዝገት፡ የሃይድሮጂን አዮን ቅነሳ

አሲዳማ በሆነ አካባቢ፣ የካቶዲክ ምላሽ ሊለወጥ ይችላል። የH⁺ ክምችት ከፍተኛ ከሆነ፣ ዋናው የመቀነስ ምላሽ የሃይድሮጂን ጋዝ መፈጠር ነው፡

2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)

የአኖዲክ ምላሽ የብረቱ መፍረስ ሆኖ የሚቆይ ቢሆንም፡

Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻

ይህ ጥምረት በአሲድ ውስጥ የብረት መሟሟትን ፍጥነት ያፋጥናል። በዚህም ምክንያት ብረቱ ከፍተኛ መጠን ያለው የሟሟ ኦክስጅን ሳይኖር ሊሸረሸር ይችላል። ለዚህም ነው ለአሲድ ፈሳሾች የተጋለጡ ቧንቧዎች ወይም ታንኮች ሽፋን ካልተሰጣቸው ወይም የፒኤች ደረጃቸው ቁጥጥር ካልተደረገባቸው ፈጣን የዝገት አደጋ ላይ የሚወድቁት።

የጋልቫኒክ ዝገት፡ ሁለት ብረቶች ሲገናኙ

ዝገት በአካባቢው ብቻ ሳይሆን በሚገናኙት ብረቶችም ተጽዕኖ ያሳድራል። ሁለት የተለያዩ ብረቶች በኤሌክትሮላይት ውስጥ በኤሌክትሪክ ሲገናኙ የጋልቫኒክ ሴል ይፈጠራል። የበለጠ ንቁ (በቀላሉ ኦክሳይድ የተደረገበት) ብረት እንደ አኖድ ሆኖ በፍጥነት ይበላሻል፣ የበለጠ ክቡር ብረት ደግሞ እንደ ካቶድ ሆኖ በአንፃራዊነት የተጠበቀ ነው።

ለምሳሌ፣ ብረት እርጥበት አዘል በሆነ የአየር ሁኔታ ከመዳብ ጋር ቢገናኝ፣ ብረቱ እንደ አኖድ እና ዝገት በፍጥነት የመሥራት ዝንባሌ አለው። ይህ የሆነበት ምክንያት በሁለቱ ብረቶች መካከል ባለው መደበኛ የኤሌክትሮድ አቅም ልዩነት ሲሆን ይህም የኤሌክትሮን ፍሰት አቅጣጫን ይወስናል።

በሌሎች ብረቶች ላይ ያሉ ተገብሮ ንብርብሮች እና ዝገት

ሁሉም ብረቶች እንደ ብረት አይሸረሸሩም። ለምሳሌ፣ አሉሚኒየም እና አይዝጌ ብረት፣ ተለጣፊ ንብርብር የሚባል ቀጭን፣ ጥቅጥቅ ያለ እና በጥብቅ የሚጣበቅ የኦክሳይድ ንብርብር ይፈጥራሉ። ይህ ንብርብር የኦክስጅን እና የውሃ ወደ ብረት ወለል እንዳይሰራጭ ይከላከላል፣ በዚህም የዝገት መጠንን ይቀንሳል። በአሉሚኒየም ላይ፣ የአል₂O₃ ንብርብር በጣም የተረጋጋ ነው። በአይዝጌ ብረት ውስጥ፣ ተለጣፊ ንብርብር በክሮሚየም የተደገፈ ሲሆን Cr₂O₃ ይፈጥራል።

ይሁን እንጂ፣ ተገብሮው ንብርብር በተወሰኑ ሁኔታዎች ሊጎዳ ይችላል፣ ለምሳሌ ከፍተኛ የክሎራይድ ክምችት፣ በጠባብ ክፍተቶች ውስጥ የኦክስጅን እጥረት ያለባቸው ሁኔታዎች ወይም በአየር መተንፈሻ (የኦክስጅን ክምችት ሴሎች) ልዩነት። ተገብሮው ንብርብር በትናንሽ ቦታዎች ሲሰበር፣ አካባቢያዊ ዝገት በጣም በፍጥነት ሊከሰት እና አደገኛ ሊሆን ይችላል።

የዝገት ምላሾችን የሚነኩ ምክንያቶች

የዝገት ፍጥነትን የሚወስኑ ዋና ዋና ምክንያቶች የሚከተሉትን ያካትታሉ:

1. የውሃ እና የኦክስጅን መገኘት፡- ውሃ እንደ ኤሌክትሮላይት እና እንደ ምላሽ ሰጪ መካከለኛ ሆኖ ያገለግላል፣ ኦክስጅን ደግሞ በካቶዲክ ምላሽ ውስጥ እንደ ኦክሳይድ ወኪል ሆኖ ያገለግላል።
2. የአካባቢ ፒኤች፡- አሲዳማ አካባቢዎች የብረት መፍረስን ያፋጥናሉ። የአልካላይን አካባቢዎች አንዳንድ ጊዜ በተወሰኑ ብረቶች ላይ የመከላከያ ንብርብር ለመፍጠር ይረዳሉ።
3. የአዮን ክምችት (በተለይም Cl⁻): ኮንዳክቲቭነትን ይጨምራል እና የአካባቢ ዝገት ያስከትላል።
4. የሙቀት መጠን፡ በአጠቃላይ የኬሚካል ግብረመልሶች መጠን ከሙቀት መጠን ጋር ይጨምራል፣ ስለዚህ ዝገት በከፍተኛ ሙቀት ፈጣን ይሆናል።
5. የፈሳሽ ፍሰት ፍጥነት፡- ፍሰቱ የመከላከያውን ንብርብር ሊያበላሽ እና የኦክስጅን አቅርቦትን ሊያፋጥን ይችላል፣ ይህም የአፈር መሸርሸርን ያስከትላል።
6. ኢንተርሜታልሊክ ንክኪ፡- ልዩነት ካለ የጋልቫኒክ ዝገት ያስነሳል።

መዝጊያ

ዝገት በመሠረቱ አንድ ብረት ከአካባቢው ጋር ሲገናኝ በድንገት የሚከሰቱ የኦክሳይድ-ቅነሳ ግብረመልሶች ተከታታይ ነው። በብረት ውስጥ ሂደቱ የሚጀምረው በአኖድ ላይ ከፌ እስከ ፌ²⁺ ኦክሳይድ እና በካቶድ ውስጥ ኦክስጅን (ወይም በአሲድማ ሁኔታዎች ውስጥ ሃይድሮጂን አየኖች) መቀነስ ነው። የመጨረሻው ምርት ዝገት በመባል የሚታወቀው እርጥበት ያለው የብረት ኦክሳይድ ነው። የውሃ፣ የኦክስጅን፣ የጨው እና የፒኤች ሁኔታዎች መኖር የዚህን ምላሽ መጠን በእጅጉ ይወስናሉ፣ እንደ ብረት ማጣመር እና ተገብሮ ንብርብር የመፍጠር ችሎታ ያሉ የቁሳቁስ ምክንያቶችም እንዲሁ። በዝገት ሂደት ውስጥ የተሳተፉትን ኬሚካላዊ ግብረመልሶችን በመረዳት፣ ከሽፋኖች፣ ከማገጃ አጠቃቀም፣ ከካቶዲክ ጥበቃ እስከ የቁሳቁስ ምርጫ ድረስ ተገቢ የመከላከያ ስልቶችን መንደፍ እንችላለን፣ በዚህም ምክንያት የሚደርስ ኪሳራ በከፍተኛ ሁኔታ ሊቀንስ ይችላል።