Nā Hana Kemika i ke Kaʻina Hana ʻAi ʻOle
ʻO ka palaho kekahi o nā hanana kemika e pili loa ana i ke ola o kēlā me kēia lā, akā hiki i kona hopena ke koʻikoʻi. Mai nā pā e palaho ana a hiki i nā mōlina kaʻa nāwaliwali a hiki i nā paipu ʻoihana e liki ana—hiki i nā mea āpau ke hoʻomaka me ke kaʻina hana palaho. I ka ʻōlelo maʻalahi, hiki ke hoʻomaopopo ʻia ka palaho ʻana ma ke ʻano he hōʻino ʻana o nā mea (ʻoi aku hoʻi nā metala) ma muli o nā hopena kemika a electrochemical paha me ke kaiapuni. ʻOiai ua manaʻo pinepine ʻia he "palaho," pili maoli ka palaho i kahi moʻo paʻakikī o nā hopena i hoʻopili ʻia e ka wai, ka oxygen, ka paʻakai, ka acidity, a me nā ʻokoʻa hiki ke uila ma ka ʻili metala.
ʻO ka palaho ma ke ʻano he kaʻina hana electrochemical
I ka hapanui o nā hihia, hana ʻia ka pala o ka metala ma o nā ʻano hana electrochemical, ʻo ia hoʻi ke kaʻina hana e pili ana i ke kahe o nā electrons i loaʻa mai ka hoʻokumu ʻia ʻana o kahi cell micro-electrochemical ma luna o ka ʻili metala. Aia kēia cell i ʻelua mau ʻāpana nui: ka ʻāpana anode a me ka ʻāpana cathode. ʻOiai ke ʻano like o ka metala, loaʻa pinepine i kona ʻili nā hemahema, nā pilikia kūloko, nā ʻokoʻa i ka microcomposition, a i ʻole ka launa pū ʻana me nā metala ʻē aʻe e hana ai i kahi ʻāpana o ka ʻili e hana ma ke ʻano he anode a me kekahi ʻāpana ma ke ʻano he cathode.
– Ma ka anode, hana ʻia ka oxidation (hoʻokuʻu ʻana i nā electrons) i ka metala.
– Ma ke cathode, hana ʻia kahi hopena hoʻemi (ʻae ʻana i nā electrons), ʻo ia hoʻi nā ion oxygen a i ʻole hydrogen.
I nā huaʻōlelo ʻē aʻe, hiki ke nānā ʻia ka pala e like me kahi "pākaukau liʻiliʻi" e hana mau ana ma ka ʻili metala, inā he electrolyte (e.g. wai) ma ke ʻano he medium no ka alakaʻi ʻana i nā ion.
Nā Hana Kumu o ka ʻAʻai Hao: Nā Kumu o ka ʻAʻai
ʻO ka hao (Fe) ka laʻana maʻamau i nā kūkākūkā ʻana o ka palaho no ka mea he maʻalahi ka popo. He hui paʻakikī ka palaho, ʻo ia hoʻi nā oxides hao i hoʻomaʻū ʻia (e.g., Fe₂O₃·nH₂O), akā ua hoʻomaka ʻia kona hoʻokumu ʻia e kekahi mau ʻanuʻu hopena.
1. Hana Anodic: ʻOkika hao
Ma ka anode, hoʻoheheʻe ka hao ma ka hoʻokuʻu ʻana i nā electrons:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
ʻO kēia hopena ke kumu o ka hoʻokumu ʻana o nā ion Fe²⁺, e hoʻemi ana i ka nui o ka metala ma kahi anodic. ʻO kēia ka hoʻomaka ʻana o ke kaʻina hana o ka "corrosion" i loko o ka metala.
2. Hana Cathodic: Hoʻemi ʻana i ka Oxygen
Ma nā wahi kūlike ʻole a alkaline paha (e like me ka wai maʻemaʻe), ʻo ka hopena cathodic maʻamau ka hōʻemi ʻana o ka oxygen i hoʻoheheʻe ʻia:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
Hoʻokuʻu ʻia nā electrons mai ke kahe ʻana o ka anode i ka ʻāpana cathode a hoʻohana ʻia e hōʻemi i ka oxygen. ʻO ke alo o ka wai a me ka oxygen ʻelua mau kumu nui.
3. Ka Hoʻokumu ʻia ʻana o nā Hui Waena: Fe(OH)₂
E hana nā ion Fe²⁺ i hoʻokumu ʻia ma ka anode me nā ion OH⁻ mai ka hopena cathodic e hana i kahi precipitate:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
ʻAʻole i lilo kēia mau waihona i ka popo hope loa, akā, he "huahana pala mua" hiki ke loli hou aʻe.
4. Hoʻonui hou ʻia ka Oxidation i Fe(OH)₃ a me ka Hydrated Iron Oxide
Hiki ke hoʻoheheʻe ʻia ʻo Fe(OH)₂ e ka oxygen i Fe(OH)₃:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
A laila, hele ka Fe(OH)₃ i ka dehydration hapa a me ka hoʻonohonoho hou ʻana i loko o ka oxide hao hydrated a mākou i ʻike ai he rust:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (wai)
He porous nā huahana popo a ʻaʻole pipili pono, no laila ʻaʻole lākou e pale i nā papa metala ma lalo. No laila, ʻo ka pala o ka hao e hoʻomau a ʻoi aku ka ʻino.
Ka Hopena o nā Electrolytes a me nā Ion Paʻakai
E ʻoi aku ka wikiwiki o ka palaho i ke alo o kahi electrolyte maikaʻi, e like me ka wai kai a i ʻole ka wai i loaʻa ka paʻakai. ʻO nā ion chloride (Cl⁻) kekahi o nā mea hoʻolalelale palaho weliweli loa. Hoʻonui ka paʻakai i ka conductivity o ka hopena, e hoʻonui ana i ke au electrochemical ma ka ʻili metala. Eia kekahi, hiki i ka chloride ke hōʻino i ka papa passive ma kekahi mau metala a hoʻoulu i ka palaho kūloko e like me ka palaho crevice a me ka palaho pitting.
I loko o ka hao, hiki i kahi kaiapuni i loaʻa ʻo Cl⁻ ke paipai i ka hoʻokumu ʻia ʻana o nā huahana pala ʻoi aku ka paʻa ʻole a hoʻolalelale i ka hoʻokumu ʻia ʻana o nā kiko anode liʻiliʻi a hohonu, e hopena ana i nā lua pala e paʻakikī ke ʻike mai waho.
Ka palaho ma nā wahi ʻakika: Hoʻemi ʻana i ka hydrogen ion
I loko o kahi ʻano waikawa, hiki ke loli ka hopena cathodic. Inā kiʻekiʻe ka nui o ka H⁺, ʻo ka hopena hoʻemi nui ka hoʻokumu ʻia ʻana o ke kinoea hydrogen:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
ʻOiai ke hoʻomau nei ka hopena anodic i ka hoʻoheheʻe ʻia ʻana o ka metala:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Hoʻolalelale kēia hui ʻana i ka wikiwiki o ka hoʻoheheʻe ʻana o ka hao i loko o ka waikawa. ʻO ka hopena, hiki i ka metala ke palaho me ka ʻole o ka nui o ka oxygen i hoʻoheheʻe ʻia. ʻO ia ke kumu e ʻoi aku ka nui o ka pilikia o nā paipu a i ʻole nā pahu i hōʻike ʻia i nā wai waikawa i ka pala koke inā ʻaʻole lākou i uhi ʻia a ʻaʻole hoʻi i kāohi ʻia ko lākou pH.
Ka ʻAʻai Galvanic: Ke Hui ʻia nā Metala ʻElua
ʻAʻole wale ke kaiapuni e hoʻopilikia ʻia ka palaho akā ʻo nā metala e pili ana. Ke hoʻopili ʻia nā metala ʻelua like ʻole i loko o kahi electrolyte, hoʻokumu ʻia kahi cell galvanic. ʻO ka metala ʻoi aku ka ikaika (ʻoi aku ka maʻalahi o ka oxidized) e hana ma ke ʻano he anode a ʻoi aku ka wikiwiki o ka palaho ʻana, ʻoiai ʻo ka metala hanohano e hana ma ke ʻano he cathode a palekana iki.
Eia kekahi laʻana, inā pili ka hao me ke keleawe i nā kūlana haumākū, hana ka hao ma ke ʻano he anode a ʻoi aku ka wikiwiki o ka popo. ʻO kēia ma muli o ka ʻokoʻa o ka hiki ke electrode maʻamau ma waena o nā metala ʻelua, ka mea e hoʻoholo ai i ke kuhikuhi o ke kahe ʻana o ka electron.
Nā Papa Hana ʻole a me ka ʻAʻai ʻana ma nā Metala ʻē aʻe
ʻAʻole nā metala a pau e pala e like me ka hao. ʻO ka alumini a me ke kila kila, no ka laʻana, e hana i kahi papa oxide lahilahi, mānoanoa, a paʻa loa i kapa ʻia he papa passive. Kāohi kēia papa i ka hoʻolaha ʻana o ka oxygen a me ka wai i ka ʻili metala, a laila e hōʻemi ana i ka wikiwiki o ka pala. Ma ka alumini, paʻa loa ka papa Al₂O₃. I loko o ke kila kila, kākoʻo ʻia ka papa passive e ka chromium, e hana ana i ka Cr₂O₃.
Eia nō naʻe, hiki ke hōʻino ʻia ka papa passive e kekahi mau kūlana, e like me ke kiʻekiʻe o ka chloride, nā kūlana nele i ka oxygen ma nā hakahaka haiki, a i ʻole nā ʻokoʻa o ka aeration (nā cell oxygen concentration). Ke haki ka papa passive ma nā wahi liʻiliʻi, hiki ke hana koke a weliweli ka pala kūloko.
Nā kumu e pili ana i nā hopena ʻino
ʻO kekahi o nā kumu nui e hoʻoholo ai i ka wikiwiki o ka pala:
1. Loaʻa ka wai a me ka oxygen: Hana ka wai ma ke ʻano he electrolyte a me ka hopena media, ʻoiai ʻo ka oxygen e hana ma ke ʻano he oxidizing agent i ka hopena cathodic.
2. pH kaiapuni: Hoʻolalelale nā ʻano waikawa i ka hoʻoheheʻe ʻana o ka metala. I kekahi manawa kōkua nā ʻano alkaline i ke kūkulu ʻana i kahi papa pale ma luna o kekahi mau metala.
3. Ka nui o ka ion (ʻoi aku ka Cl⁻): Hoʻonui i ka conductivity a hoʻoulu i ka corrosion kūloko.
4. Mahana: Ma keʻano laulā, piʻi ka wikiwiki o nā hopena kemika me ka mahana, no laila ʻoi aku ka wikiwiki o ka pala i nā mahana kiʻekiʻe.
5. Ka wikiwiki o ke kahe ʻana o ka wai: Hiki i ke kahe ke hoʻopau i ka papa pale a hoʻolalelale i ka lako o ka oxygen, e hana ana i ka palaho-ʻino.
6. Hoʻopili intermetallic: Hoʻoulu i ka pala galvanic inā he ʻokoʻa hiki.
Pani
ʻO ka palaho he ʻano o nā hopena hoʻemi-oxidation e kū koke ana i ka wā e launa pū ai kahi metala me kona kaiapuni. I loko o ka hao, hoʻomaka ke kaʻina hana me ka oxidation o Fe i Fe²⁺ ma ka anode a me ka hoʻemi ʻana o ka oxygen (a i ʻole nā iona hydrogen i nā kūlana acidic) ma ka cathode. ʻO ka huahana hope loa he hydrated iron oxide, i ʻike ʻia ʻo ka rust. ʻO ke alo o ka wai, oxygen, paʻakai, a me nā kūlana pH e hoʻoholo nui i ka wikiwiki o kēia hopena, e like me nā mea waiwai e like me ka hoʻopili ʻana o ka metala a me ka hiki ke hana i kahi papa passive. Ma ka hoʻomaopopo ʻana i nā hopena kemika i komo i ke kaʻina hana palaho, hiki iā mākou ke hoʻolālā i nā hoʻolālā pale kūpono - mai nā uhi, ka hoʻohana ʻana i ka inhibitor, ka pale cathodic, a i ke koho ʻana i nā mea - i hiki ke hoʻemi nui ʻia nā pohō ma muli o ka palaho.
