Reazzioni chimiche in u prucessu di currusione
A currusione hè unu di i fenomeni chimichi i più strettamente ligati à a vita di tutti i ghjorni, eppuru u so impattu pò esse prufondu. Da e recinzioni arrugginite à i telai di i veiculi indebuliti à i tubi industriali chì perdenu, tuttu pò cumincià cù u prucessu di currusione. In poche parole, a currusione pò esse capita cum'è u deterioramentu di i materiali (in particulare i metalli) per via di reazioni chimiche o elettrochimiche cù l'ambiente. Ancu s'ella hè spessu cunsiderata simplicemente cum'è "ruggine", a currusione implica in realtà una seria cumplessa di reazioni influenzate da l'acqua, l'ossigenu, u sale, l'acidità è e differenze di putenziale elettricu in tutta a superficia metallica.
A currusione cum'è prucessu elettrochimicu
In a maiò parte di i casi, a currusione di i metalli si faci per via di meccanismi elettrochimichi, vale à dì chì u prucessu implica u flussu di elettroni risultanti da a furmazione di una microcella elettrochimica nantu à a superficia metallica. Sta cellula hè cumposta da duie parti principali: a regione anodica è a regione catodica. Ancu s'è u metallu pare omogeneu, a so superficia cuntene spessu imperfezioni, tensioni interne, differenze di microcumposizione, o cuntattu cù altri metalli chì facenu chì una parte di a superficia agisca cum'è anodu è un'altra parte cum'è catodu.
– À l'anodu, u metallu subisce l'ossidazione (liberendu elettroni).
– À u catodu, si faci una reazione di riduzione (accettazione di elettroni), chì implica di solitu ioni d'ossigenu o d'idrogenu.
In altre parolle, a currusione pò esse vista cum'è una "piccula batteria" chì funziona continuamente nantu à a superficia metallica, basta chì ci sia un elettrolitu (per esempiu acqua) cum'è mezu per a cunduzione di l'ioni.
Reazzioni basiche di currusione di u ferru: Fonti di ruggine
U ferru (Fe) hè l'esempiu u più cumunu in e discussioni di currusione perchè arrugginisce facilmente. A ruggine hè una mistura cumplessa, principalmente ossidi di ferru idratati (per esempiu, Fe₂O₃·nH₂O), ma a so furmazione hè iniziata da parechje tappe di reazione.
1. Reazione anodica: Ossidazione di u ferru
À l'anodu, u ferru si dissolve liberendu elettroni:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Sta reazione face chì si forminu ioni Fe²⁺, ciò chì face chì u metallu perda massa à u puntu anodicu. Questu hè l'iniziu di u prucessu di "currusione" in u metallu.
2. Reazione catodica: Riduzione di l'ossigenu
In ambienti neutri o alcalini (cum'è l'acqua chjara), a reazione catodica più cumuna hè a riduzione di l'ossigenu dissoltu:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
L'elettroni liberati da l'anodu scorrenu versu a regione di u catodu è sò aduprati per riduce l'ossigenu. A presenza d'acqua è d'ossigenu sò dui fattori chjave.
3. Furmazione di u cumpostu intermediu: Fe(OH)₂
L'ioni Fe²⁺ furmati à l'anodu reagiranu cù l'ioni OH⁻ da a reazione catodica per furmà un precipitatu:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Questi depositi ùn sò ancu a ruggine finale, ma sò "prodotti di corrosione precoce" chì ponu cambià ulteriormente.
4. Ulteriore ossidazione à Fe(OH)₃ è ossidu di ferru idratatu
Fe(OH)₂ pò esse ossidatu da l'ossigenu à Fe(OH)₃:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
Dopu, Fe(OH)₃ subisce una disidratazione parziale è una riurganizazione strutturale in l'ossidu di ferru idratatu chì cunniscimu cum'è ruggine:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (acqua)
I prudutti di ruggine sò porosi è ùn adheriscenu micca fermamente, dunque ùn pruteggenu micca i strati metallichi sottostanti. Dunque, a corrosione di u ferru tende à cuntinuà è à peghjurà.
L'effettu di l'elettroliti è di l'ioni di sale
A currusione serà assai più rapida in presenza di un bon elettrolitu, cum'è l'acqua di mare o l'acqua chì cuntene sale. L'ioni di cloruru (Cl⁻) sò unu di l'acceleratori di currusione più periculosi. U sale aumenta a cunduttività di a suluzione, aumentendu a corrente elettrochimica à a superficia di u metallu. Inoltre, u cloruru pò dannà u stratu passivu di certi metalli è scatenà currusione lucalizzata cum'è a currusione per fessure è a currusione per pitting.
In u ferru, un ambiente chì cuntene Cl⁻ pò ancu incuragisce a furmazione di prudutti di corrosione più instabili è accelerà a furmazione di picculi punti anodici prufondi, risultendu in fosse di corrosione chì sò difficiuli da rilevà da l'esternu.
Corrosione in ambienti acidi: Riduzione di ioni d'idrogenu
In un ambiente acidicu, a reazione catodica pò cambià. Sè a cuncentrazione di H⁺ hè alta, a reazione di riduzione dominante hè a furmazione di gasu d'idrogenu:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
Mentre a reazione anodica ferma a dissoluzione di u metallu:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Sta cumbinazione accelera a velocità di dissoluzione di u ferru in l'acidu. Di cunsiguenza, u metallu pò erode senza a presenza di grandi quantità d'ossigenu dissoltu. Hè per quessa chì i tubi o i serbatoi esposti à liquidi acidi sò à più grande risicu di corrosione rapida s'elli ùn sò micca rivestiti o u so pH ùn hè micca cuntrullatu.
Corrosione Galvanica: Quandu Dui Metalli S'Incontranu
A currusione hè influenzata micca solu da l'ambiente, ma ancu da i metalli in cuntattu. Quandu dui metalli dissimili sò cunnessi elettricamente in un elettrolitu, si forma una cellula galvanica. U metallu più attivu (più facilmente ossidatu) agisce cum'è anodu è si corrode più rapidamente, mentre chì u metallu più nobile agisce cum'è catodu è hè relativamente prutettu.
Per esempiu, s'è u ferru vene in cuntattu cù u rame in cundizioni umide, u ferru tende à agisce cum'è l'anodu è à arrugginisce più rapidamente. Questu hè duvutu à a differenza di putenziale standard di l'elettrodu trà i dui metalli, chì determina a direzzione di u flussu di l'elettroni.
Strati passivi è corrosione nantu à altri metalli
Micca tutti i metalli si corrodenu cum'è u ferru. L'aluminiu è l'acciaiu inox, per esempiu, tendenu à furmà un stratu d'ossidu finu, densu è strettamente aderente chjamatu stratu passivu. Stu stratu inibisce a diffusione di l'ossigenu è di l'acqua à a superficia metallica, riducendu cusì a velocità di corrosione. Nantu à l'aluminiu, u stratu di Al₂O₃ hè assai stabile. In l'acciaiu inox, u stratu passivu hè sustinutu da u cromu, furmendu Cr₂O₃.
Tuttavia, u stratu passivu pò esse dannighjatu da certe cundizioni, cum'è alte concentrazioni di cloruri, cundizioni carenti d'ossigenu in spazii stretti, o differenze in l'aerazione (cellule di concentrazione d'ossigenu). Quandu u stratu passivu hè rottu in piccule zone, a currusione lucalizata pò accade assai rapidamente è esse periculosa.
Fattori chì influenzanu e reazioni di corrosione
Alcuni di i principali fattori chì determinanu a velocità di corrosione includenu:
1. Disponibilità d'acqua è d'ossigenu: L'acqua agisce cum'è elettrolitu è mezu di reazione, mentre chì l'ossigenu agisce cum'è agente ossidante in a reazione catodica.
2. pH ambientale: L'ambienti acidi acceleranu a dissoluzione di i metalli. L'ambienti alcalini qualchì volta aiutanu à furmà un stratu protettivu nantu à certi metalli.
3. Cuncentrazione di ioni (in particulare Cl⁻): Aumenta a cunduttività è provoca a currusione lucale.
4. Temperatura: In generale, a velocità di e reazioni chimiche aumenta cù a temperatura, dunque a corrosione tende à esse più rapida à alte temperature.
5. Velocità di u flussu di u fluidu: U flussu pò erode u stratu protettivu è accelerà l'approvvigionamentu d'ossigenu, pruvucendu erosione-corrosione.
6. Cuntattu intermetallicu: Pruvoca a currusione galvanica s'ellu ci hè una differenza di putenziale.
Penutup
A currusione hè essenzialmente una seria di reazzioni d'ossidazione-riduzione chì si verificanu spontaneamente quandu un metallu interagisce cù u so ambiente. In u ferru, u prucessu principia cù l'ossidazione di Fe à Fe²⁺ à l'anodu è a riduzione di l'ossigenu (o ioni d'idrogenu in cundizioni acide) à u catodu. U pruduttu finale hè l'ossidu di ferru idratatu, cunnisciutu cum'è ruggine. A presenza d'acqua, ossigenu, sale è e cundizioni di pH determinanu significativamente a velocità di sta reazione, cum'è i fattori materiali cum'è l'accoppiamentu di metalli è a capacità di furmà un stratu passivu. Capendu e reazzioni chimiche implicate in u prucessu di currusione, pudemu cuncepisce strategie di prevenzione adatte - da i rivestimenti, l'usu di l'inibitori, a prutezzione catodica, à a selezzione di i materiali - in modu chì e perdite dovute à a currusione possinu esse significativamente ridutte.
