Erreakzio kimikoak korrosio-prozesuan
Korrosioa eguneroko bizitzarekin lotura estuena duen fenomeno kimikoetako bat da, baina bere eragina sakona izan daiteke. Herdoiltzen diren hesietatik hasi eta ahuldutako ibilgailuen xasisetaraino eta industria-hodietatik ihes egiten dutenetaraino, dena has daiteke korrosio-prozesuarekin. Laburbilduz, korrosioa materialen (batez ere metalen) hondatzea bezala uler daiteke, ingurunearekin erreakzio kimiko edo elektrokimikoen ondorioz. Askotan "herdoil" gisa soilik hartzen den arren, korrosioak, egia esan, urak, oxigenoak, gatzak, azidotasunak eta metalaren gainazaleko potentzial elektrikoen arteko desberdintasunek eragindako erreakzio-serie konplexu bat dakar.
Korrosioa prozesu elektrokimiko gisa
Kasu gehienetan, metalen korrosioa mekanismo elektrokimikoen bidez gertatzen da, hau da, prozesuak metalaren gainazalean mikro-zelula elektrokimiko baten eraketaren ondorioz elektroien fluxua dakar. Zelula honek bi zati nagusi ditu: anodo eskualdea eta katodo eskualdea. Metala homogeneoa dirudien arren, bere gainazalak askotan inperfekzioak, barne-tentsioak, mikrokonposizio desberdintasunak edo beste metal batzuekin kontaktua izaten ditu, eta horrek gainazalaren zati bat anodo gisa eta beste zati bat katodo gisa jokatzea eragiten du.
Anodoan, metalak oxidazioa jasaten du (elektroiak askatuz).
– Katodoan, erredukzio-erreakzio bat gertatzen da (elektroiak onartzea), normalean oxigeno edo hidrogeno ioiek parte hartzen dutena.
Beste era batera esanda, korrosioa metalaren gainazalean etengabe funtzionatzen duen “bateria txiki” gisa ikus daiteke, betiere ioien eroapen-euskarri gisa elektrolito bat (adibidez, ura) badago.
Burdinaren korrosioaren oinarrizko erreakzioak: herdoilaren iturriak
Burdina (Fe) da korrosioari buruzko eztabaidetan ohikoena den adibidea, erraz herdoiltzen baita. Herdoila nahasketa konplexua da, batez ere burdin oxido hidratatuak (adibidez, Fe₂O₃·nH₂O), baina haren eraketa hainbat erreakzio-urratsek abiarazten dute.
1. Erreakzio anodikoa: Burdinaren oxidazioa
Anodoan, burdina elektroiak askatuz disolbatzen da:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Erreakzio honek Fe²⁺ ioiak sortzea eragiten du, eta metalak masa galtzea eragiten du puntu anodikoan. Hori da metalaren "korrosio" prozesuaren hasiera.
2. Erreakzio katodikoa: oxigenoaren murrizketa
Ingurune neutro edo alkalinoetan (ur arrunta adibidez), erreakzio katodiko ohikoena oxigeno disolbatuaren murrizketa da:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
Anodotik askatzen diren elektroiak katodoaren eskualdera isurtzen dira eta oxigenoa murrizteko erabiltzen dira. Uraren eta oxigenoaren presentzia bi faktore gako dira.
3. Tarteko konposatuaren eraketa: Fe(OH)₂
Anodoan sortutako Fe²⁺ ioiek erreakzio katodikotik datozen OH⁻ ioiekin erreakzionatuko dute prezipitatu bat sortzeko:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Gordailu hauek ez dira oraindik herdoil definitiboa, baizik eta "korrosio goiztiarren produktuak" dira, eta gehiago alda daitezke.
4. Fe(OH)₃ eta burdin oxido hidrataturako oxidazio gehiago
Fe(OH)₂ oxigenoak Fe(OH)₃ bihur dezake oxidazio gisa:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
Ondoren, Fe(OH)₃-k deshidratazio partziala eta egitura-berrantolaketa jasaten ditu herdoil gisa ezagutzen dugun burdin oxido hidratatuan:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (ura)
Herdoil-produktuak porotsuak dira eta ez dira ondo itsasten, beraz, ez dituzte azpiko metal geruzak babesten. Hori dela eta, burdinaren korrosioa jarraitu eta okerrera egin ohi du.
Elektrolitoen eta gatz ioien eragina
Korrosioa askoz azkarragoa izango da elektrolito on baten aurrean, hala nola itsasoko ura edo gatza duen ura. Kloruro ioiak (Cl⁻) korrosioaren azeleragailu arriskutsuenetako bat dira. Gatzak disoluzioaren eroankortasuna handitzen du, metalaren gainazaleko korronte elektrokimikoa handituz. Gainera, kloruroak metal batzuen geruza pasiboa kaltetu dezake eta korrosio lokalizatua eragin dezake, hala nola arrakala-korrosioa eta zulo-korrosioa.
Burdinean, Cl⁻ duen ingurune batek korrosio-produktu ezegonkorragoen eraketa sustatu eta anodo-orban txiki eta sakonen eraketa bizkortu dezake, kanpotik detektatzeko zailak diren korrosio-zuloak sortuz.
Korrosioa ingurune azidoetan: hidrogeno ioien murrizketa
Ingurune azido batean, erreakzio katodikoa alda daiteke. H⁺ kontzentrazioa altua bada, erredukzio-erreakzio nagusia hidrogeno gasaren eraketa da:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
Erreakzio anodikoa metalaren disoluzioa izaten jarraitzen duen bitartean:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Konbinazio honek burdina azidoan disolbatzeko abiadura bizkortzen du. Ondorioz, metala higatu egin daiteke oxigeno disolbatu kopuru handirik gabe. Horregatik, likido azidoen eraginpean dauden hodiek edo tankeek korrosio azkarra izateko arrisku handiagoa dute estali ez badira edo haien pHa kontrolatzen ez bada.
Korrosio galbanikoa: bi metal elkartzen direnean
Korrosioa ez da ingurumenak bakarrik eragiten, baita kontaktuan dauden metalek ere. Bi metal desberdin elektrolito batean elektrikoki konektatzen direnean, pila galbaniko bat sortzen da. Metal aktiboenak (errazago oxidatzen denak) anodo gisa jokatzen du eta azkarrago korroditzen da, metal nobleenak, berriz, katodo gisa jokatzen du eta nahiko babestuta dago.
Adibidez, burdina kobrearekin kontaktuan jartzen bada hezetasun-baldintzetan, burdinak anodo gisa jokatzen du eta azkarrago herdoiltzen da. Hori bi metalen arteko elektrodo-potentzial estandarraren aldeagatik gertatzen da, eta horrek elektroi-fluxuaren norabidea zehazten du.
Geruza pasiboak eta korrosioa beste metal batzuetan
Ez dira metal guztiak burdinak bezala korroditzen. Aluminioak eta altzairu herdoilgaitzak, adibidez, geruza pasibo izeneko oxido geruza fin, trinko eta ondo itsasten den bat sortzen dute. Geruza honek oxigenoaren eta uraren difusioa metalaren gainazalera eragozten du, eta horrela korrosio-tasa murrizten du. Aluminioan, Al₂O₃ geruza oso egonkorra da. Altzairu herdoilgaitzean, geruza pasiboa kromoak eusten du, Cr₂O₃ sortuz.
Hala ere, geruza pasiboa zenbait baldintzaren ondorioz kaltetu daiteke, hala nola kloruro kontzentrazio altua, tarte estuetan oxigeno gabezia duten baldintzak edo aireztapenean dauden desberdintasunak (oxigeno kontzentrazioko gelaxkak). Geruza pasiboa eremu txikietan hausten denean, korrosio lokalizatua oso azkar gerta daiteke eta arriskutsua izan daiteke.
Korrosio-erreakzioetan eragina duten faktoreak
Korrosioaren abiadura zehazten duten faktore nagusietako batzuk hauek dira:
1. Uraren eta oxigenoaren erabilgarritasuna: Urak elektrolito eta erreakzio-ingurune gisa jokatzen du, eta oxigenoak, berriz, oxidatzaile gisa erreakzio katodikoan.
2. Ingurumen-pH-a: Ingurune azidoek metalen disoluzioa bizkortzen dute. Ingurune alkalinoek batzuetan babes-geruza bat sortzen laguntzen dute metal batzuen gainean.
3. Ioien kontzentrazioa (batez ere Cl⁻): Eroankortasuna handitzen du eta tokiko korrosioa eragiten du.
4. Tenperatura: Oro har, erreakzio kimikoen abiadura handitzen da tenperaturarekin, beraz, korrosioa azkarragoa izan ohi da tenperatura altuetan.
5. Fluidoaren fluxuaren abiadura: Fluidoak babes-geruza higatu eta oxigeno-hornidura bizkortu dezake, higadura-korrosioa eraginez.
6. Kontaktu intermetalikoa: Korrosio galbanikoa eragiten du potentzial-diferentziarik badago.
Itxiera
Korrosioa, funtsean, metal batek ingurunearekin elkarreragiten duenean berez gertatzen diren oxidazio-erredukzio erreakzioen serie bat da. Burdinaren kasuan, prozesua anodoan Fe-ren oxidazioarekin hasten da Fe²⁺-ra eta katodoan oxigenoaren (edo hidrogeno ioien) erredukzioarekin. Amaierako produktua burdin oxido hidratatua da, herdoila bezala ezagutzen dena. Uraren, oxigenoaren, gatzaren eta pH baldintzen presentziak erreakzio honen abiadura zehazten du nabarmen , baita faktore material batzuek ere, hala nola metalen parekatzeak eta geruza pasibo bat eratzeko gaitasunak. Korrosio-prozesuan parte hartzen duten erreakzio kimikoak ulertuz, prebentzio-estrategia egokiak diseinatu ditzakegu —estalduretatik hasi eta inhibitzaileen erabileratik, babes katodikoa eta materialen hautaketaraino—, korrosioaren ondoriozko galerak nabarmen murriztu ahal izateko.
