د زنګ وهلو په پروسه کې کیمیاوي تعاملات
زنګ وهل یو له هغو کیمیاوي پدیدو څخه دی چې د ورځني ژوند سره خورا نږدې تړاو لري، مګر د هغې اغیز ژور کیدی شي. د زنګ وهلو څخه نیولې تر ضعیف موټرو چوکاټونو پورې او د صنعتي پایپونو لیکیدو پورې - ټول د زنګ وهلو پروسې سره پیل کیدی شي. په ساده ډول، زنګ وهل د چاپیریال سره د کیمیاوي یا الیکټرو کیمیکل تعاملاتو له امله د موادو (په ځانګړي توګه فلزاتو) د خرابیدو په توګه پیژندل کیدی شي. که څه هم ډیری وختونه په ساده ډول د "زنګ" په توګه فکر کیږي، زنګ وهل په حقیقت کې د فلزاتو په سطحه کې د اوبو، اکسیجن، مالګې، تیزابیت، او بریښنایی احتمالي توپیرونو لخوا اغیزمن شوي تعاملاتو پیچلي لړۍ لري.
زنګ د الیکټرو کیمیکل پروسې په توګه
په ډیری مواردو کې، د فلزاتو زنګ د الکترو کیمیاوي میکانیزمونو له لارې پیښیږي، پدې معنی چې دا پروسه د الکترونونو جریان پکې شامل دی چې د فلزاتو په سطحه د مایکرو الکترو کیمیاوي حجرو د جوړولو په پایله کې رامینځته کیږي. دا حجره دوه اصلي برخې لري: د انود سیمه او د کیتوډ سیمه. که څه هم فلز یو شان ښکاري، د هغې سطح ډیری وختونه نیمګړتیاوې، داخلي فشارونه، د مایکرو ترکیب کې توپیرونه، یا د نورو فلزاتو سره اړیکه لري چې د سطحې یوه برخه د انود او بله برخه د کیتوډ په توګه عمل کوي.
- په انود کې، فلز اکسیډیشن (الیکترونونه خوشې کول) څخه تیریږي.
- په کتوډ کې، د کمولو غبرګون (د الکترونونو منل) واقع کیږي، چې معمولا اکسیجن یا هایدروجن ایونونه پکې شامل وي.
په بل عبارت، زنګ وهل د "کوچنۍ بیټرۍ" په توګه لیدل کیدی شي چې په دوامداره توګه د فلزي سطحې په اوږدو کې کار کوي، تر هغه چې د ایونونو د ترسره کولو لپاره یو الیکټرولیټ (د مثال په توګه اوبه) شتون ولري.
د اوسپنې د زنګ وهلو اساسي غبرګونونه: د زنګ سرچینې
اوسپنه (Fe) د زنګ وهلو په بحثونو کې تر ټولو عام مثال دی ځکه چې دا په اسانۍ سره زنګ وهي. زنګ یو پیچلی مخلوط دی، په عمده توګه د هایډریټ شوي اوسپنې اکسایډونه (د مثال په توګه، Fe₂O₃·nH₂O)، مګر د هغې جوړښت د څو تعامل مرحلو لخوا پیل کیږي.
۱. انوډیک تعامل: د اوسپنې اکسیډیشن
په انود کې، اوسپنه د الکترونونو په خوشې کولو سره منحل کیږي:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
دا تعامل د Fe²⁺ ایونونو د جوړولو لامل کیږي، چې د فلزاتو د انوډیک نقطې کې د وزن له لاسه ورکولو لامل کیږي. دا په فلز کې د "زنګ وهلو" پروسې پیل دی.
۲. کاتودیک تعامل: د اکسیجن کمښت
په بې طرفه یا الکلین چاپیریالونو کې (لکه ساده اوبه)، تر ټولو عام کاتوډیک تعامل د منحل شوي اکسیجن کمښت دی:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
الکترونونه د انود څخه خوشې کیږي چې د کیتوډ سیمې ته جریان لري او د اکسیجن کمولو لپاره کارول کیږي. د اوبو او اکسیجن شتون دوه مهم عوامل دي.
۳. د منځني مرکب جوړښت: Fe(OH)₂
هغه Fe²⁺ ایونونه چې په انود کې جوړ شوي دي د کاتوډیک تعامل څخه د OH⁻ ایونونو سره تعامل کوي ترڅو یو تراکم جوړ کړي:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
دا زیرمې لا تر اوسه وروستۍ زنګ نه دي، مګر "لومړني زنګ وهونکي محصولات" دي چې کولی شي نور هم بدلون ومومي.
۴. د Fe(OH)₃ او هایدریټ شوي اوسپنې اکسایډ ته نور اکسیډیشن
Fe(OH)₂ د اکسیجن په واسطه Fe(OH)₃ ته اکسیډیز کیدی شي:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
بیا Fe(OH)₃ د جزوي ډیهایډریشن او جوړښتي بیا تنظیم څخه تیریږي چې هایډریټ شوي اوسپنې اکسایډ ته چې موږ یې د زنګ په نوم پیژنو:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (اوبه)
د زنګ وهلو محصولات سوري لرونکي دي او په کلکه نه نښلي، نو دوی د فلزاتو لاندې طبقې نه ساتي. له همدې امله، د اوسپنې زنګ وهل دوام لري او خرابیږي.
د الکترولیتونو او مالګې ایونونو اغیز
د ښه الکترولیت په شتون کې، لکه د سمندر اوبه یا هغه اوبه چې مالګه لري، زنګ وهل به ډیر ګړندي وي. د کلورایډ ایونونه (Cl⁻) د زنګ وهلو یو له خورا خطرناکو سرعت ورکوونکو څخه دي. مالګه د محلول چلښت زیاتوي، د فلزاتو په سطحه کې الیکټرو کیمیکل جریان زیاتوي. سربیره پردې، کلورایډ کولی شي په ځینو فلزاتو کې غیر فعال طبقه زیانمنه کړي او سیمه ایز زنګ وهل رامینځته کړي لکه د درز زنګ او د کندې زنګ.
په اوسپنه کې، یو چاپیریال چې Cl⁻ لري کولی شي د ډیرو بې ثباته زنګ وهلو محصولاتو رامینځته کیدو ته وهڅوي او د کوچنیو، ژورو انود ځایونو رامینځته کیدو ته وده ورکړي، چې په پایله کې د زنګ وهلو کندې رامینځته کیږي چې له بهر څخه کشف کول یې ستونزمن دي.
په تیزابي چاپیریال کې زنګ وهل: د هایدروجن ایون کمول
په تیزابي چاپیریال کې، د کاتوډیک تعامل بدلون موندلی شي. که چیرې د H⁺ غلظت لوړ وي، د کمولو غالب تعامل د هایدروجن ګاز جوړښت دی:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
پداسې حال کې چې د انوډیک تعامل د فلزاتو تحلیل پاتې کیږي:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
دا ترکیب په تیزاب کې د اوسپنې د تحلیل کچه ګړندۍ کوي. په پایله کې، فلز کولی شي د ډیر مقدار منحل شوي اکسیجن شتون پرته تخریب شي. له همدې امله هغه پایپونه یا ټانکونه چې د تیزابي مایعاتو سره مخ کیږي د ګړندي زنګ وهلو خطر سره مخ دي که چیرې پوښل شوي نه وي یا د دوی pH کنټرول نه وي.
ګالوانیک زنګ: کله چې دوه فلزات سره یو ځای شي
زنګ نه یوازې د چاپیریال لخوا اغیزمن کیږي بلکه د تماس کې فلزاتو لخوا هم اغیزمن کیږي. کله چې دوه مختلف فلزات په الکترولیت کې په بریښنایی ډول سره وصل شي، نو د ګالوانیک حجره رامینځته کیږي. ډیر فعال (په اسانۍ سره اکسیډیز شوی) فلز د انوډ په توګه عمل کوي او په چټکۍ سره زنګ وهي، پداسې حال کې چې ډیر عالي فلز د کیتوډ په توګه عمل کوي او نسبتا خوندي دی.
د مثال په توګه، که چیرې اوسپنه په مرطوب شرایطو کې د مسو سره په تماس کې راشي، نو اوسپنه د انود په توګه عمل کوي او په چټکۍ سره زنګ وهي. دا د دوو فلزاتو ترمنځ د معیاري الکترود پوټینشن کې د توپیر له امله دی، کوم چې د الکترون جریان لوري ټاکي.
په نورو فلزاتو باندې غیر فعال طبقې او زنګ وهل
ټول فلزات د اوسپنې په څیر نه زنګ وهي. د مثال په توګه، المونیم او سټینلیس سټیل د اکسایډ یوه نری، ګڼه او ټینګه تړلې طبقه جوړوي چې غیر فعال طبقه بلل کیږي. دا طبقه د فلزاتو سطحې ته د اکسیجن او اوبو د خپریدو مخه نیسي، په دې توګه د زنګ وهلو کچه کموي. په المونیم کې، د Al₂O₃ طبقه ډیره مستحکمه ده. په سټینلیس سټیل کې، غیر فعال طبقه د کرومیم لخوا ملاتړ کیږي، چې Cr₂O₃ جوړوي.
په هرصورت، غیر فعال طبقه د ځینو شرایطو له امله زیانمن کیدی شي، لکه د کلورایډ لوړ غلظت، په تنګو تشو کې د اکسیجن کمښت شرایط، یا د هوا توپیر (د اکسیجن غلظت حجرې). کله چې غیر فعال طبقه په کوچنیو سیمو کې مات شي، سیمه ایز زنګ وهل خورا ګړندي کیدی شي او خطرناک وي.
هغه عوامل چې د زنګ وهلو غبرګونونه اغیزمنوي
ځینې اصلي عوامل چې د زنګ وهلو سرعت ټاکي عبارت دي له:
۱. د اوبو او اکسیجن شتون: اوبه د الکترولیت او تعامل د منځني په توګه کار کوي، پداسې حال کې چې اکسیجن د کاتوډیک تعامل کې د اکسیډیز کولو اجنټ په توګه کار کوي.
۲. د چاپیریال pH: تیزابي چاپیریال د فلزاتو تحلیل ګړندی کوي. د القلي چاپیریال ځینې وختونه په ځینو فلزاتو کې د محافظتي طبقې په جوړولو کې مرسته کوي.
۳. د ایون غلظت (په ځانګړي ډول Cl⁻): د ایون چلښت زیاتوي او محلي زنګ وهل پیلوي.
۴. تودوخه: عموما، د کیمیاوي تعاملاتو کچه د تودوخې سره زیاتیږي، نو په لوړه تودوخه کې زنګ وهل ګړندي وي.
۵. د مایع جریان سرعت: جریان کولی شي محافظتي طبقه له منځه یوسي او د اکسیجن رسولو ګړندی کړي، چې د تخریب او زنګ لامل کیږي.
۶. د فلزي موادو ترمنځ اړیکه: که چیرې احتمالي توپیر شتون ولري، د ګالوانیک زنګ وهل پیلوي.
تړل
زنګ وهل په اصل کې د اکسیډیشن کمولو تعاملاتو لړۍ ده چې په ناڅاپي ډول پیښیږي کله چې فلز د خپل چاپیریال سره تعامل کوي. په اوسپنه کې، دا پروسه په انود کې د Fe څخه Fe²⁺ ته د اکسیډیشن او په کیتوډ کې د اکسیجن (یا په تیزابي شرایطو کې هایدروجن ایونونو) کمولو سره پیل کیږي. وروستی محصول هایډریټ شوی اوسپنه اکسایډ دی، چې د زنګ په نوم پیژندل کیږي. د اوبو، اکسیجن، مالګې، او pH شرایطو شتون د دې تعامل کچه د پام وړ ټاکي ، لکه څنګه چې مادي عوامل لکه د فلزاتو جوړه کول او د غیر فعال طبقې جوړولو وړتیا. د زنګ وهلو پروسې کې دخیل کیمیاوي تعاملاتو په پوهیدو سره، موږ کولی شو د مخنیوي مناسبې ستراتیژۍ ډیزاین کړو - د پوښونو، مخنیوی کونکو کارولو، کیتوډیک محافظت څخه تر موادو انتخاب پورې - ترڅو د زنګ وهلو له امله زیانونه د پام وړ کم شي.
