Korroziya Prosesində Kimyəvi Reaksiyalar
Korroziya gündəlik həyatla ən sıx əlaqəli kimyəvi hadisələrdən biridir, lakin onun təsiri dərin ola bilər. Paslanmış çəpərlərdən tutmuş zəifləmiş nəqliyyat vasitələrinin çərçivələrinə və sızan sənaye borularına qədər - hamısı korroziya prosesindən başlaya bilər. Sadə dillə desək, korroziya ətraf mühitlə kimyəvi və ya elektrokimyəvi reaksiyalar nəticəsində materialların (xüsusən metalların) aşınması kimi başa düşülə bilər. Çox vaxt sadəcə "pas" kimi düşünülsə də, korroziya əslində metal səthində su, oksigen, duz, turşuluq və elektrik potensial fərqlərinin təsir etdiyi bir sıra mürəkkəb reaksiyaları əhatə edir.
Korroziya Elektrokimyəvi Proses Kimi
Əksər hallarda metal korroziyası elektrokimyəvi mexanizmlər vasitəsilə baş verir, yəni proses metal səthində mikroelektrokimyəvi elementin əmələ gəlməsi nəticəsində elektronların axını ilə əlaqədardır. Bu element iki əsas hissədən ibarətdir: anod bölgəsi və katod bölgəsi. Metal homojen görünsə də, onun səthində tez-tez qüsurlar, daxili gərginliklər, mikrotərkibdəki fərqlər və ya səthin bir hissəsinin anod, digər hissəsinin isə katod kimi çıxış etməsinə səbəb olan digər metallarla təmas olur.
– Anodda metal oksidləşməyə (elektronları buraxmağa) məruz qalır.
– Katodda, adətən oksigen və ya hidrogen ionlarını əhatə edən reduksiya reaksiyası (elektron qəbulu) baş verir.
Başqa sözlə, korroziyaya, ionları keçirmək üçün bir vasitə kimi elektrolit (məsələn, su) olduğu müddətcə metal səthində davamlı işləyən "kiçik bir batareya" kimi baxmaq olar.
Dəmir Korroziyasının Əsas Reaksiyaları: Paslanma Mənbələri
Dəmir (Fe) korroziya müzakirələrində ən çox yayılmış nümunədir, çünki o, asanlıqla paslanır. Pas, əsasən hidratlanmış dəmir oksidlərindən (məsələn, Fe₂O₃·nH₂O) ibarət mürəkkəb bir qarışıqdır, lakin onun əmələ gəlməsi bir neçə reaksiya mərhələsi ilə başlayır.
1. Anod Reaksiyası: Dəmir Oksidləşməsi
Anodda dəmir elektronları buraxaraq həll olur:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Bu reaksiya Fe²⁺ ionlarının əmələ gəlməsinə səbəb olur və bu da metalın anod nöqtəsində kütləsini itirməsinə səbəb olur. Bu, metalda "korroziya" prosesinin başlanğıcıdır.
2. Katod Reaksiyası: Oksigen Reduksiyası
Neytral və ya qələvi mühitlərdə (məsələn, düz suda) ən çox yayılmış katodik reaksiya həll olmuş oksigenin reduksiyasıdır:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
Anoddan ayrılan elektronlar katod bölgəsinə axır və oksigeni azaltmaq üçün istifadə olunur. Su və oksigenin olması iki əsas amildir.
3. Aralıq birləşmənin əmələ gəlməsi: Fe(OH)₂
Anodda əmələ gələn Fe²⁺ ionları katod reaksiyasından çıxan OH⁻ ionları ilə reaksiyaya girərək çöküntü əmələ gətirəcək:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Bu çöküntülər hələ son pas deyil, daha da dəyişə biləcək "erkən korroziya məhsullarıdır".
4. Fe(OH)₃ və hidratlı dəmir oksidinə əlavə oksidləşmə
Fe(OH)₂ oksigenlə Fe(OH)₃-a oksidləşə bilər:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
Daha sonra Fe(OH)₃ qismən dehidratasiyaya və pas kimi tanıdığımız hidratlı dəmir oksidinə çevrilərək struktur yenidənqurmaya məruz qalır:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (su)
Pas məhsulları məsaməlidir və möhkəm yapışmır, buna görə də altdakı metal təbəqələrini qorumur. Buna görə də, dəmirin korroziyası davam etməyə və pisləşməyə meyllidir.
Elektrolitlərin və Duz İonlarının Təsiri
Korroziya dəniz suyu və ya duz tərkibli su kimi yaxşı bir elektrolit olduqda daha sürətli baş verəcək. Xlorid ionları (Cl⁻) ən təhlükəli korroziya sürətləndiricilərindən biridir. Duz məhlulun keçiriciliyini artırır və metal səthində elektrokimyəvi cərəyanı artırır. Bundan əlavə, xlorid müəyyən metallardakı passiv təbəqəyə zərər verə və yarıq korroziyası və çuxur korroziyası kimi lokal korroziyaya səbəb ola bilər.
Dəmirdə Cl⁻ ehtiva edən mühit daha qeyri-sabit korroziya məhsullarının əmələ gəlməsini təşviq edə və kiçik, dərin anod ləkələrinin əmələ gəlməsini sürətləndirə bilər ki, bu da xaricdən aşkarlanması çətin olan korroziya çuxurlarına səbəb olur.
Turşu mühitlərdə korroziya: Hidrogen ionlarının reduksiyası
Turşu mühitdə katodik reaksiya dəyişə bilər. Əgər H⁺ konsentrasiyası yüksəkdirsə, dominant reduksiya reaksiyası hidrogen qazının əmələ gəlməsidir:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
Anod reaksiyası metalın əriməsi olaraq qalır:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Bu kombinasiya dəmirin turşuda həll olma sürətini sürətləndirir. Nəticədə, metal çox miqdarda həll olmuş oksigen olmadan aşınmaya məruz qala bilər. Buna görə də turşu mayelərinə məruz qalan borular və ya çənlər örtüklənmədikdə və ya pH-ı idarə olunmadıqda sürətli korroziya riski daha yüksəkdir.
Qalvanik Korroziya: İki Metal Qarşılaşdıqda
Korroziyaya yalnız ətraf mühit deyil, həm də təmasda olan metallar təsir göstərir. Elektrolitdə iki fərqli metal elektriklə birləşdirildikdə, qalvanik element əmələ gəlir. Daha aktiv (daha asan oksidləşən) metal anod rolunu oynayır və daha tez korroziyaya uğrayır, daha nəcib metal isə katod rolunu oynayır və nisbətən qorunur.
Məsələn, dəmir rütubətli şəraitdə mislə təmasa girərsə, dəmir anod kimi çıxış etməyə və daha tez paslanmağa meyllidir. Bu, elektron axınının istiqamətini müəyyən edən iki metal arasındakı standart elektrod potensialındakı fərqlə əlaqədardır.
Passiv təbəqələr və digər metallarda korroziya
Bütün metallar dəmir kimi korroziyaya uğramır. Məsələn, alüminium və paslanmayan polad passiv təbəqə adlanan nazik, sıx və möhkəm yapışan oksid təbəqəsi əmələ gətirir. Bu təbəqə oksigen və suyun metal səthinə yayılmasını maneə törədir və bununla da korroziya sürətini azaldır. Alüminiumda Al₂O₃ təbəqəsi çox sabitdir. Paslanmayan poladda passiv təbəqə xromla dəstəklənir və Cr₂O₃ əmələ gətirir.
Lakin, passiv təbəqə müəyyən şərtlər, məsələn, yüksək xlorid konsentrasiyaları, dar boşluqlarda oksigen çatışmazlığı şəraiti və ya aerasiyadakı fərqlər (oksigen konsentrasiyası hüceyrələri) kimi amillərdən zədələnə bilər. Passiv təbəqə kiçik sahələrdə qırıldıqda, lokal korroziya çox tez baş verə və təhlükəli ola bilər.
Korroziya Reaksiyalarına Təsir Edən Faktorlar
Korroziya sürətini müəyyən edən əsas amillərdən bəziləri bunlardır:
1. Su və oksigenin mövcudluğu: Su elektrolit və reaksiya mühiti, oksigen isə katod reaksiyasında oksidləşdirici maddə kimi çıxış edir.
2. Ətraf mühitin pH səviyyəsi: Turşu mühit metalların əriməsini sürətləndirir. Qələvi mühitlər bəzən müəyyən metallarda qoruyucu təbəqənin əmələ gəlməsinə kömək edir.
3. İon konsentrasiyası (xüsusilə Cl⁻): Keçiriciliyi artırır və yerli korroziyanı tetikler.
4. Temperatur: Ümumiyyətlə, kimyəvi reaksiyaların sürəti temperaturla artır, buna görə də yüksək temperaturda korroziya daha sürətli olur.
5. Maye axınının sürəti: Axın qoruyucu təbəqəni aşındıra və oksigen tədarükünü sürətləndirə bilər və bu da eroziya-korroziyaya səbəb ola bilər.
6. Metallararası təmas: Potensial fərq olduqda qalvanik korroziyanı tetikler.
Bağlanır
Korroziya, əsasən, metalın ətraf mühitlə qarşılıqlı təsiri zamanı kortəbii olaraq baş verən bir sıra oksidləşmə-reduksiya reaksiyalarıdır. Dəmirdə proses anodda Fe-nin Fe²⁺-a oksidləşməsi və katodda oksigenin (və ya turşu şəraitində hidrogen ionlarının) reduksiyası ilə başlayır. Son məhsul pas kimi tanınan hidratlaşdırılmış dəmir oksididir. Suyun, oksigenin, duzun və pH şəraitinin olması, metalın cütləşməsi və passiv təbəqə əmələ gətirmə qabiliyyəti kimi material amilləri kimi, bu reaksiyanın sürətini əhəmiyyətli dərəcədə müəyyən edir. Korroziya prosesində iştirak edən kimyəvi reaksiyaları anlayaraq, örtüklərdən, inhibitor istifadəsindən, katod mühafizəsindən tutmuş material seçiminə qədər müvafiq qarşısının alınması strategiyaları hazırlaya bilərik ki, korroziyadan yaranan itkilər əhəmiyyətli dərəcədə azaldıla bilsin.
