Коррозия процессиндеги химиялык реакциялар
Коррозия күнүмдүк жашоого эң тыгыз байланыштуу химиялык кубулуштардын бири, бирок анын таасири терең болушу мүмкүн. Дат баскан тосмолордон тартып, алсыраган унаалардын рамаларына жана өнөр жай түтүктөрүнүн агып кетишине чейин — баары коррозия процессинен башталышы мүмкүн. Жөнөкөй сөз менен айтканда, коррозияны айлана-чөйрө менен химиялык же электрохимиялык реакциялардан улам материалдардын (айрыкча металлдардын) бузулушу деп түшүнсө болот. Көбүнчө жөн гана "дат" деп эсептелгени менен, коррозия чындыгында металлдын бетиндеги суу, кычкылтек, туз, кычкылдуулук жана электрдик потенциалдардын айырмачылыктарынан таасир эткен татаал реакциялардын катарын камтыйт.
Коррозия электрохимиялык процесс катары
Көпчүлүк учурларда металлдын коррозиясы электрохимиялык механизмдер аркылуу жүрөт, башкача айтканда, бул процесс металлдын бетинде микроэлектрохимиялык клетканын пайда болушунан келип чыккан электрондордун агымын камтыйт. Бул клетка эки негизги бөлүктөн турат: анод аймагы жана катод аймагы. Металл бир тектүү көрүнгөнү менен, анын бетинде көп учурда кемчиликтер, ички чыңалуулар, микрокурамдагы айырмачылыктар же башка металлдар менен байланыш болот, бул беттин бир бөлүгүнүн анод, ал эми экинчи бөлүгүнүн катод катары иштешине алып келет.
– Аноддо металл кычкылданууга (электрондорду бөлүп чыгарууга) дуушар болот.
– Катоддо калыбына келүү реакциясы (электрондорду кабыл алуу) жүрөт, ага адатта кычкылтек же суутек иондору катышат.
Башкача айтканда, коррозияны металл бетинде тынымсыз иштеген "кичинекей батарея" катары кароого болот, эгерде иондорду өткөрүү үчүн чөйрө катары электролит (мисалы, суу) болсо.
Темирдин коррозиясынын негизги реакциялары: Даттын булактары
Темир (Fe) коррозияны талкуулоодо эң көп кездешкен мисал болуп саналат, анткени ал оңой дат басат. Дат – бул татаал аралашма, негизинен гидратталган темир кычкылдарынан (мисалы, Fe₂O₃·nH₂O) турат, бирок анын пайда болушу бир нече реакция этаптары менен башталат.
1. Аноддук реакция: Темирдин кычкылдануусу
Аноддо темир электрондорду бөлүп чыгаруу менен эрийт:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Бул реакция Fe²⁺ иондорунун пайда болушуна алып келет, бул металлдын аноддук чекитте массасын жоготушуна алып келет. Бул металлдагы "коррозия" процессинин башталышы.
2. Катоддук реакция: Кычкылтек менен калыбына келүү
Нейтралдуу же щелочтуу чөйрөдө (мисалы, жөнөкөй сууда) эң көп кездешкен катоддук реакция - эриген кычкылтектин калыбына келиши:
O₂(г) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(ак)
Аноддон бөлүнүп чыккан электрондор катод аймагына агып, кычкылтекти калыбына келтирүү үчүн колдонулат. Суунун жана кычкылтектин болушу эки негизги фактор болуп саналат.
3. Орточо кошулманын пайда болушу: Fe(OH)₂
Аноддо пайда болгон Fe²⁺ иондору катоддук реакциядан чыккан OH⁻ иондору менен реакцияга кирип, чөкмө пайда кылат:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Бул чөкмөлөр али акыркы дат баскан эмес, бирок андан ары өзгөрүшү мүмкүн болгон "эрте коррозия продуктулары".
4. Fe(OH)₃ жана гидратталган темир кычкылына андан ары кычкылдануу
Fe(OH)₂ кычкылтек менен Fe(OH)₃ чейин кычкылданышы мүмкүн:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(г) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
Андан кийин Fe(OH)₃ жарым-жартылай суусуздануудан жана дат деп аталган гидратталган темир кычкылына структуралык кайра түзүлүштөн өтөт:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (суу)
Дат баскан буюмдар тешиктүү жана бекем жабышпайт, ошондуктан алар металлдын астындагы катмарларды коргобойт. Ошондуктан, темирдин коррозиясы улана берет жана күчөйт.
Электролиттердин жана туз иондорунун таасири
Коррозия деңиз суусу же туз камтыган суу сыяктуу жакшы электролиттин катышуусунда бир топ тезирээк жүрөт. Хлорид иондору (Cl⁻) эң кооптуу коррозияны тездетүүчүлөрдүн бири болуп саналат. Туз эритменин өткөрүмдүүлүгүн жогорулатып, металлдын бетиндеги электрохимиялык токту көбөйтөт. Андан тышкары, хлорид айрым металлдардагы пассивдүү катмарды бузуп, жарака коррозиясы жана чуңкур коррозиясы сыяктуу локалдашкан коррозияны пайда кылышы мүмкүн.
Темирде Cl⁻ камтыган чөйрө туруксуз коррозия продуктуларынын пайда болушуна түрткү берип, кичинекей, терең аноддук тактардын пайда болушун тездетип, сырттан аныктоо кыйын болгон коррозия чуңкурларын пайда кылат.
Кычкылдуу чөйрөдөгү коррозия: Суутек ионунун калыбына келиши
Кычкыл чөйрөдө катоддук реакция өзгөрүшү мүмкүн. Эгерде H⁺ концентрациясы жогору болсо, басымдуулук кылган калыбына келүү реакциясы суутек газынын пайда болушу болуп саналат:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
Аноддук реакция металлдын эриши бойдон калууда:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Бул айкалыш темирдин кислотада эрүү ылдамдыгын тездетет. Натыйжада, металл көп өлчөмдөгү эриген кычкылтектин катышуусу жок эле эрозияга учурашы мүмкүн. Ошондуктан кислоталуу суюктуктарга дуушар болгон түтүктөр же резервуарлар капталбаса же алардын рН деңгээли көзөмөлдөнбөсө, тез дат басуу коркунучу жогору.
Гальваникалык коррозия: эки металл кагылышканда
Коррозияга айлана-чөйрө гана эмес, ошондой эле тийип турган металлдар да таасир этет. Электролитте эки башка металл электрдик жактан туташканда, гальваникалык элемент пайда болот. Активдүүрөөк (оңой кычкылданган) металл анод катары кызмат кылат жана тезирээк коррозияга учурайт, ал эми асыл металл катод катары кызмат кылат жана салыштырмалуу корголгон.
Мисалы, эгерде темир нымдуу шарттарда жез менен байланышса, темир анод катары кызмат кылып, тезирээк дат басат. Бул эки металлдын ортосундагы стандарттуу электрод потенциалынын айырмачылыгына байланыштуу, бул электрон агымынын багытын аныктайт.
Пассивдүү катмарлар жана башка металлдардагы коррозия
Бардык эле металлдар темир сыяктуу дат баспайт. Мисалы, алюминий жана дат баспас болот пассивдүү катмар деп аталган жука, тыгыз жана бекем жабышкан кычкыл катмарын пайда кылууга жакын. Бул катмар металлдын бетине кычкылтек менен суунун диффузиясын токтотуп, коррозия ылдамдыгын төмөндөтөт. Алюминийде Al₂O₃ катмары абдан туруктуу. Дат баспас болотто пассивдүү катмар хром менен бекемделип, Cr₂O₃ пайда кылат.
Бирок, пассивдүү катмар белгилүү бир шарттардан, мисалы, хлориддердин жогорку концентрациясынан, тар боштуктардагы кычкылтектин жетишсиздигинен же аэрациянын айырмачылыктарынан (кычкылтек концентрациясынын клеткаларынан) жабыркашы мүмкүн. Пассивдүү катмар кичинекей жерлерде бузулганда, локалдашкан коррозия абдан тез пайда болуп, кооптуу болушу мүмкүн.
Коррозия реакцияларына таасир этүүчү факторлор
Коррозия ылдамдыгын аныктоочу негизги факторлордун айрымдары төмөнкүлөрдү камтыйт:
1. Суунун жана кычкылтектин болушу: Суу электролит жана реакция чөйрөсү катары, ал эми кычкылтек катоддук реакцияда кычкылдандыруучу агент катары иштейт.
2. Айлана-чөйрөнүн рН мааниси: Кычкыл чөйрө металлдардын эришин тездетет. Щелочтуу чөйрөлөр кээде айрым металлдарда коргоочу катмардын пайда болушуна жардам берет.
3. Иондордун концентрациясы (айрыкча Cl⁻): Өткөргүчтүктү жогорулатат жана жергиликтүү коррозияны пайда кылат.
4. Температура: Адатта, химиялык реакциялардын ылдамдыгы температура менен жогорулайт, ошондуктан коррозия жогорку температурада тезирээк жүрөт.
5. Суюктуктун агымынын ылдамдыгы: Агым коргоочу катмарды эрозиялап, кычкылтек менен камсыздоону тездетип, эрозия-коррозияга алып келиши мүмкүн.
6. Металл аралык байланыш: Эгерде потенциалдар айырмасы болсо, гальваникалык коррозияны иштетет.
Penutup
Коррозия – бул металл айлана-чөйрө менен өз ара аракеттенгенде өзүнөн-өзү пайда болгон кычкылдануу-калыбына келүү реакцияларынын сериясы. Темирде бул процесс аноддо Feнин Fe²⁺га чейин кычкылдануусунан жана катоддо кычкылтектин (же кислоталуу шарттарда суутек иондорунун) калыбына келишинен башталат. Акыркы продукт – дат деп аталган гидратталган темир кычкылы. Суунун, кычкылтектин, туздун жана рН шарттарынын болушу бул реакциянын ылдамдыгын олуттуу түрдө аныктайт, ошондой эле металлдын жупташуусу жана пассивдүү катмарды түзүү жөндөмү сыяктуу материалдык факторлор да маанилүү. Коррозия процессине катышкан химиялык реакцияларды түшүнүү менен, биз коррозиядан улам келип чыккан жоготууларды бир кыйла азайтуу үчүн каптоодон, ингибиторлорду колдонуудан, катоддук коргоодон тартып, материалды тандоого чейин тиешелүү алдын алуу стратегияларын иштеп чыга алабыз.
