Gemyske reaksjes yn it korrosjeproses
Korrosje is ien fan 'e gemyske ferskynsels dy't it nauwst ferbûn binne mei it deistich libben, mar de ynfloed kin djip wêze. Fan roestige hekken oant ferswakke autoframes oant lekkende yndustriële pipen - alles kin begjinne mei it korrosjeproses. Simpelwei sein, korrosje kin begrepen wurde as de ferswakking fan materialen (benammen metalen) troch gemyske of elektrogemyske reaksjes mei de omjouwing. Hoewol faak gewoan as "roest" beskôge wurdt, omfettet korrosje eins in komplekse searje reaksjes dy't beynfloede wurde troch wetter, soerstof, sâlt, soerheid en elektryske potinsjaalferskillen oer it metaaloerflak.
Korrosje as in elektrogemysk proses
Yn 'e measte gefallen komt metaalkorrosje foar troch elektrogemyske meganismen, wat betsjut dat it proses de stream fan elektroanen omfettet dy't ûntstiet troch de foarming fan in mikro-elektrogemyske sel op it metaaloerflak. Dizze sel bestiet út twa haaddielen: it anodegebiet en it katodegebiet. Hoewol it metaal homogeen liket, befettet it oerflak faak ûnfolsleinheden, ynterne spanningen, ferskillen yn mikrokomposysje, of kontakt mei oare metalen dy't derfoar soargje dat in diel fan it oerflak as anode fungearret en in oar diel as katode.
– By de anode ûndergiet it metaal oksidaasje (it frijkommen fan elektroanen).
– By de katode fynt in reduksjereaksje (it akseptearjen fan elektroanen) plak, meastentiids mei soerstof- of wetterstofionen.
Mei oare wurden, korrosje kin sjoen wurde as in "lytse batterij" dy't kontinu wurket op it metalen oerflak, salang't der in elektrolyt (bygelyks wetter) is as medium foar it lieden fan ioanen.
Basisreaksjes fan izerkorrosje: Boarnen fan roest
Izer (Fe) is it meast foarkommende foarbyld yn diskusjes oer korrosje, om't it maklik roastet. Roest is in kompleks mingsel, benammen hydratisearre izeroksiden (bygelyks Fe₂O₃·nH₂O), mar de foarming dêrfan wurdt ynset troch ferskate reaksjestappen.
1. Anodyske reaksje: Izeroksidaasje
By de anode lost izer op troch it frijjaan fan elektroanen:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Dizze reaksje feroarsaket de foarming fan Fe²⁺-ionen, wêrtroch't it metaal massa ferliest op it anodyske punt. Dit is it begjin fan it proses fan "korrosje" yn it metaal.
2. Katodyske reaksje: soerstofreduksje
Yn neutrale of alkaline omjouwings (lykas gewoan wetter) is de meast foarkommende kathodyske reaksje de reduksje fan oploste soerstof:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
Elektronen dy't frijkomme fan 'e anode streame nei it katodegebiet en wurde brûkt om soerstof te ferminderjen. De oanwêzigens fan wetter en soerstof binne twa wichtige faktoaren.
3. Formaasje fan tuskenferbining: Fe(OH)₂
De Fe²⁺-ionen dy't by de anode foarme wurde, sille reagearje mei de OH⁻-ionen fan 'e kathodyske reaksje om in delslach te foarmjen:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Dizze ôfsettings binne noch gjin definitive roest, mar binne "ier korrosjeprodukten" dy't fierder kinne feroarje.
4. Fierdere oksidaasje ta Fe(OH)₃ en hydratearre izerokside
Fe(OH)₂ kin troch soerstof oksidearre wurde ta Fe(OH)₃:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
Dan ûndergiet Fe(OH)₃ in partuele útdroeging en strukturele reorganisaasje yn it hydratisearre izerokside dat wy kenne as roest:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (wetter)
Roestprodukten binne poreus en hechtsje net stevich oan elkoar, sadat se de ûnderlizzende metaallagen net beskermje. Dêrom hat korrosje fan it izer de neiging om troch te gean en te fergrutsjen.
It effekt fan elektrolyten en sâltionen
Korrosje sil folle rapper wêze yn 'e oanwêzigens fan in goede elektrolyt, lykas seewetter of wetter mei sâlt. Kloride-ionen (Cl⁻) binne ien fan 'e gefaarlikste korrosjefersnellers. Sâlt fergruttet de geliedingsfermogen fan 'e oplossing, wêrtroch't de elektrogemyske stroom oan it metaaloerflak tanimt. Fierder kin chloride de passive laach op bepaalde metalen beskeadigje en lokale korrosje lykas spleetkorrosje en putkorrosje feroarsaakje.
Yn izer kin in omjouwing mei Cl⁻ ek de foarming fan mear ynstabile korrosjeprodukten oanmoedigje en de foarming fan lytse, djippe anodeplakken fersnelle, wat resulteart yn korrosjeputten dy't fan bûten ôf lestich te ûntdekken binne.
Korrosje yn soere omjouwings: Reduksje fan wetterstofionen
Yn in soere omjouwing kin de kathodyske reaksje feroarje. As de H⁺-konsintraasje heech is, is de dominante reduksjereaksje de foarming fan wetterstofgas:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
Wylst de anodyske reaksje de oplossing fan it metaal bliuwt:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Dizze kombinaasje fersnelt de snelheid fan izeroplossing yn soer. As gefolch kin it metaal erodearje sûnder de oanwêzigens fan grutte hoemannichten oploste soerstof. Dêrom hawwe pipen of tanks dy't bleatsteld wurde oan soere floeistoffen in grutter risiko op rappe korrosje as se net coated binne of har pH net kontroleare wurdt.
Galvanyske korrosje: As twa metalen byinoar komme
Korrosje wurdt net allinnich beynfloede troch de omjouwing, mar ek troch de metalen dy't yn kontakt binne. As twa ferskillende metalen elektrysk ferbûn binne yn in elektrolyt, wurdt in galvanyske sel foarme. It aktyvere (makliker oksidearbere) metaal fungearret as de anode en korrodearret rapper, wylst it edeler metaal as de katode fungearret en relatyf beskerme is.
Bygelyks, as izer yn kontakt komt mei koper yn fochtige omstannichheden, hat it izer de neiging om as anode te fungearjen en rapper te roesten. Dit komt troch it ferskil yn standert elektrodepotinsjaal tusken de twa metalen, dat de rjochting fan 'e elektronstream bepaalt.
Passive lagen en korrosje op oare metalen
Net alle metalen korrodearje lykas izer. Aluminium en roestfrij stiel, bygelyks, foarmje in tinne, tichte en strak oanhingjende oksidelaach dy't in passive laach neamd wurdt. Dizze laach remt de diffúzje fan soerstof en wetter nei it metaaloerflak, wêrtroch't de korrosjesnelheid ferminderet. Op aluminium is de Al₂O₃-laach tige stabyl. Yn roestfrij stiel wurdt de passive laach stipe troch chromium, wêrtroch Cr₂O₃ ûntstiet.
De passive laach kin lykwols skansearre wurde troch bepaalde omstannichheden, lykas hege chloridekonsintraasjes, soerstoftekoart yn smelle gatten, of ferskillen yn beluchting (soerstofkonsintraasjesellen). As de passive laach yn lytse gebieten brutsen is, kin lokale korrosje tige fluch foarkomme en gefaarlik wêze.
Faktoaren dy't ynfloed hawwe op korrosjereaksjes
Guon fan 'e wichtichste faktoaren dy't de snelheid fan korrosje bepale binne:
1. Beskikberens fan wetter en soerstof: Wetter fungearret as in elektrolyt en reaksjemedium, wylst soerstof fungearret as in oksidearjend middel yn 'e kathodyske reaksje.
2. Miljeu-pH: Soere omjouwings fersnelle it oplossen fan metalen. Alkalyske omjouwings helpe soms om in beskermjende laach te foarmjen op bepaalde metalen.
3. Ionenkonsintraasje (benammen Cl⁻): Fergruttet de konduktiviteit en triggert lokale korrosje.
4. Temperatuer: Yn 't algemien nimt de snelheid fan gemyske reaksjes ta mei de temperatuer, sadat korrosje by hege temperatueren faak rapper is.
5. Floeistofstreamsnelheid: De stream kin de beskermjende laach erodearje en de soerstoffoarsjenning fersnelle, wêrtroch eroazje-korrosje ûntstiet.
6. Yntermetallysk kontakt: Feroarsaket galvanyske korrosje as der in potinsjaal ferskil is.
Penutup
Korrosje is yn essinsje in searje oksidaasje-reduksjereaksjes dy't spontaan foarkomme as in metaal ynteraksje hat mei syn omjouwing. Yn izer begjint it proses mei de oksidaasje fan Fe nei Fe²⁺ by de anode en de reduksje fan soerstof (of wetterstofionen yn soere omstannichheden) by de katode. It einprodukt is hydratisearre izerokside, bekend as roest. De oanwêzigens fan wetter, soerstof, sâlt en pH-omstannichheden bepale de snelheid fan dizze reaksje signifikant, lykas materiaalfaktoaren lykas metaalparing en it fermogen om in passive laach te foarmjen. Troch de gemyske reaksjes te begripen dy't belutsen binne by it korrosjeproses, kinne wy passende previnsjestrategyen ûntwerpe - fan coatings, gebrûk fan inhibitoren, kathodyske beskerming oant materiaalseleksje - sadat ferliezen troch korrosje signifikant kinne wurde fermindere.
