அரிப்புச் செயல்பாட்டில் நிகழும் வேதி வினைகள்
அரிப்பு என்பது அன்றாட வாழ்க்கையுடன் மிகவும் நெருங்கிய தொடர்புடைய வேதியியல் நிகழ்வுகளில் ஒன்றாகும், ஆயினும் அதன் தாக்கம் ஆழமானதாக இருக்கக்கூடும். துருப்பிடித்த வேலிகள், பலவீனமடைந்த வாகனச் சட்டங்கள், கசிவுள்ள தொழிற்சாலைக் குழாய்கள் என அனைத்தும் அரிப்புச் செயல்முறையிலிருந்து தொடங்கலாம். எளிமையாகச் சொல்வதானால், சுற்றுச்சூழலுடன் ஏற்படும் வேதியியல் அல்லது மின்வேதியியல் வினைகளால் பொருட்களில் (குறிப்பாக உலோகங்களில்) ஏற்படும் சிதைவே அரிப்பு எனப் புரிந்துகொள்ளலாம். இது பெரும்பாலும் "துரு" என்று எளிமையாகக் கருதப்பட்டாலும், உண்மையில் அரிப்பு என்பது நீர், ஆக்ஸிஜன், உப்பு, அமிலத்தன்மை மற்றும் உலோகப் பரப்பில் உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடுகள் ஆகியவற்றால் பாதிக்கப்படும் ஒரு சிக்கலான தொடர் வினைகளை உள்ளடக்கியது.
ஒரு மின்வேதியியல் செயல்முறையாக அரிப்பு
பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில், உலோக அரிப்பானது மின்வேதியியல் வழிமுறைகள் மூலம் நிகழ்கிறது. அதாவது, உலோகத்தின் மேற்பரப்பில் ஒரு நுண்-மின்வேதியியல் கலம் உருவாவதன் விளைவாக ஏற்படும் எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டத்தை இந்த செயல்முறை உள்ளடக்கியுள்ளது. இந்தக் கலம் ஆனோடு பகுதி மற்றும் கேத்தோடு பகுதி என இரண்டு முக்கிய பகுதிகளைக் கொண்டுள்ளது. உலோகம் ஒரே சீராகத் தோன்றினாலும், அதன் மேற்பரப்பில் பெரும்பாலும் குறைபாடுகள், உள்ளக அழுத்தங்கள், நுண் அமைப்பில் உள்ள வேறுபாடுகள் அல்லது பிற உலோகங்களுடனான தொடர்பு போன்றவை காணப்படுகின்றன. இவை, மேற்பரப்பின் ஒரு பகுதியை ஆனோடாகவும் மற்றொரு பகுதியை கேத்தோடாகவும் செயல்பட வைக்கின்றன.
ஆனோடில், உலோகம் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு உள்ளாகி எலக்ட்ரான்களை வெளியிடுகிறது.
எதிர்மின்முனையில், பொதுவாக ஆக்ஸிஜன் அல்லது ஹைட்ரஜன் அயனிகளை உள்ளடக்கிய ஒரு ஒடுக்க வினை (எலக்ட்ரான்களை ஏற்கும் வினை) நிகழ்கிறது.
வேறுவிதமாகக் கூறினால், அயனிகளைக் கடத்துவதற்கான ஊடகமாக மின்பகுளி (எ.கா. நீர்) இருக்கும் வரை, அரிமானத்தை உலோகப் பரப்பில் தொடர்ச்சியாகச் செயல்படும் ஒரு "சிறிய மின்கலமாக" கருதலாம்.
இரும்பு அரிப்பின் அடிப்படை வினைகள்: துருவின் மூலங்கள்
இரும்பு (Fe) எளிதில் துருப்பிடிப்பதால், அரிமானம் பற்றிய விவாதங்களில் இதுவே மிகவும் பொதுவான உதாரணமாகும். துரு என்பது ஒரு சிக்கலான கலவையாகும், இது முதன்மையாக நீரேற்றப்பட்ட இரும்பு ஆக்சைடுகளைக் (எ.கா., Fe₂O₃·nH₂O) கொண்டுள்ளது, ஆனால் அதன் உருவாக்கம் பல வினைப் படிநிலைகளால் தொடங்கப்படுகிறது.
1. ஆனோட் வினை: இரும்பு ஆக்சிஜனேற்றம்
ஆனோடில், இரும்பு எலக்ட்ரான்களை வெளியிட்டுக் கரைகிறது:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
இந்த வினை Fe²⁺ அயனிகளை உருவாக்குவதால், உலோகம் நேர்மின்முனையில் நிறையை இழக்கிறது. இதுவே உலோகத்தில் ஏற்படும் "அரிமானம்" செயல்முறையின் தொடக்கமாகும்.
2. எதிர்மின்வாய் வினை: ஆக்சிஜன் ஒடுக்கம்
நடுநிலை அல்லது காரச் சூழல்களில் (சாதாரண நீர் போன்றவை), கரைந்த ஆக்ஸிஜனின் ஒடுக்கமே மிகவும் பொதுவான எதிர்மின்வாய் வினையாகும்:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
ஆனோடிலிருந்து வெளியிடப்படும் எலக்ட்ரான்கள் கேத்தோடு பகுதிக்குப் பாய்ந்து, ஆக்ஸிஜனைக் குறைக்கப் பயன்படுகின்றன. நீர் மற்றும் ஆக்ஸிஜனின் இருப்பு இரண்டு முக்கிய காரணிகளாகும்.
3. இடைநிலைச் சேர்மம் உருவாதல்: Fe(OH)₂
ஆனோடில் உருவாகும் Fe²⁺ அயனிகள், கேத்தோடு வினையிலிருந்து வரும் OH⁻ அயனிகளுடன் வினைபுரிந்து ஒரு வீழ்படிவை உருவாக்கும்:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
இந்தப் படிவுகள் இன்னும் இறுதித் துரு அல்ல, மாறாக இவை மேலும் மாறக்கூடிய “ஆரம்பகால அரிமான விளைபொருட்கள்” ஆகும்.
4. Fe(OH)₃ மற்றும் நீரேற்றப்பட்ட இரும்பு ஆக்சைடாக மேலும் ஆக்சிஜனேற்றம்
Fe(OH)₂ ஐ ஆக்ஸிஜனால் Fe(OH)₃ ஆக ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்ய முடியும்:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
பின்னர் Fe(OH)₃ பகுதி நீரிழப்பு மற்றும் கட்டமைப்பு மறுசீரமைப்புக்கு உட்பட்டு, நாம் துரு என்று அறியும் நீரேற்றப்பட்ட இரும்பு ஆக்சைடாக மாறுகிறது:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (நீர்)
துருப் பொருட்கள் நுண்துளைகள் கொண்டவையாகவும், உறுதியாக ஒட்டாதவையாகவும் இருப்பதால், அவை கீழுள்ள உலோக அடுக்குகளைப் பாதுகாப்பதில்லை. எனவே, இரும்பின் அரிப்பானது தொடர்ந்தும் மோசமடைந்தும் காணப்படுகிறது.
மின்பகுளிகள் மற்றும் உப்பு அயனிகளின் விளைவு
கடல் நீர் அல்லது உப்பு கலந்த நீர் போன்ற ஒரு நல்ல மின்பகுளியின் முன்னிலையில் அரிப்பு மிகவும் வேகமாக நிகழும். குளோரைடு அயனிகள் (Cl⁻) மிகவும் அபாயகரமான அரிப்பு வேகவூக்கிகளில் ஒன்றாகும். உப்பு, கரைசலின் கடத்துத்திறனை அதிகரித்து, உலோகப் பரப்பில் உள்ள மின்வேதியியல் மின்னோட்டத்தையும் அதிகரிக்கிறது. மேலும், குளோரைடு சில உலோகங்களின் மீதுள்ள செயலற்ற அடுக்கைச் சேதப்படுத்தி, பிளவு அரிப்பு மற்றும் குழி அரிப்பு போன்ற குறிப்பிட்ட இடத்திலான அரிப்பைத் தூண்டக்கூடும்.
இரும்பில், Cl⁻ கொண்ட ஒரு சூழலானது, மேலும் நிலையற்ற அரிமான விளைபொருட்களின் உருவாக்கத்தை ஊக்குவிப்பதோடு, சிறிய மற்றும் ஆழமான ஆனோடு புள்ளிகளின் உருவாக்கத்தையும் துரிதப்படுத்தக்கூடும். இதன் விளைவாக, வெளிப்புறத்திலிருந்து கண்டறிவதற்குக் கடினமான அரிமானக் குழிகள் உருவாகின்றன.
அமிலச் சூழல்களில் அரிப்பு: ஹைட்ரஜன் அயனி ஒடுக்கம்
அமிலச் சூழலில், எதிர்மின்வாய் வினை மாறக்கூடும். H⁺ செறிவு அதிகமாக இருந்தால், ஹைட்ரஜன் வாயு உருவாவதே முதன்மையான ஒடுக்க வினையாகும்:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
ஆனோட் வினை என்பது உலோகத்தின் கரைதலாகவே இருக்கும் அதே வேளையில்:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
இந்தக் கலவையானது அமிலத்தில் இரும்பு கரையும் வேகத்தை அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, அதிக அளவு கரைந்த ஆக்ஸிஜன் இல்லாமலேயே அந்த உலோகம் அரிக்கப்படலாம். இதனால்தான், அமிலத் திரவங்களுக்கு வெளிப்படும் குழாய்கள் அல்லது தொட்டிகள் பூச்சு பூசப்படாமலோ அல்லது அவற்றின் pH கட்டுப்படுத்தப்படாமலோ இருந்தால், அவை விரைவான அரிப்புக்கு உள்ளாகும் அதிக அபாயத்தில் இருக்கின்றன.
கால்வனிக் அரிமானம்: இரு உலோகங்கள் சந்திக்கும்போது
அரிப்பானது சுற்றுச்சூழலால் மட்டுமல்லாமல், தொடர்பில் உள்ள உலோகங்களாலும் பாதிக்கப்படுகிறது. இரண்டு வெவ்வேறான உலோகங்கள் ஒரு மின்பகுளியில் மின்சார ரீதியாக இணைக்கப்படும்போது, ஒரு கால்வனிக் மின்கலம் உருவாகிறது. அதிக வினைத்திறன் கொண்ட (எளிதில் ஆக்சிஜனேற்றம் அடையும்) உலோகம் நேர்மின்வாயாகச் செயல்பட்டு மிக வேகமாக அரிக்கப்படுகிறது, அதேசமயம் அதிக உன்னதமான உலோகம் எதிர்மின்வாயாகச் செயல்பட்டு ஒப்பீட்டளவில் பாதுகாக்கப்படுகிறது.
உதாரணமாக, ஈரப்பதமான சூழலில் இரும்பு தாமிரத்துடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது, இரும்பு நேர்மின்வாயாகச் செயல்பட்டு விரைவாகத் துருப்பிடிக்க முனைகிறது. இதற்குக் காரணம், இரு உலோகங்களுக்கும் இடையே உள்ள திட்ட மின்முனை மின்னழுத்த வேறுபாடே ஆகும், இதுவே எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தின் திசையைத் தீர்மானிக்கிறது.
செயலற்ற அடுக்குகள் மற்றும் பிற உலோகங்களின் அரிப்பு
எல்லா உலோகங்களும் இரும்பைப் போல அரிப்படைவதில்லை. உதாரணமாக, அலுமினியம் மற்றும் துருப்பிடிக்காத எஃகு போன்ற உலோகங்களில், செயலற்ற அடுக்கு எனப்படும் மெல்லிய, அடர்த்தியான மற்றும் இறுக்கமாக ஒட்டிக்கொண்டிருக்கும் ஒரு ஆக்சைடு அடுக்கு உருவாகிறது. இந்த அடுக்கு, உலோகத்தின் மேற்பரப்பிற்கு ஆக்சிஜன் மற்றும் நீர் பரவுவதைத் தடுக்கிறது, இதன் மூலம் அரிப்பு விகிதத்தைக் குறைக்கிறது. அலுமினியத்தில், Al₂O₃ அடுக்கு மிகவும் நிலையானது. துருப்பிடிக்காத எஃகில், இந்த செயலற்ற அடுக்கு குரோமியத்தால் தாங்கப்பட்டு, Cr₂O₃-ஐ உருவாக்குகிறது.
இருப்பினும், அதிக குளோரைடு செறிவுகள், குறுகிய இடைவெளிகளில் ஆக்ஸிஜன் பற்றாக்குறை நிலைகள் அல்லது காற்றோட்டத்தில் உள்ள வேறுபாடுகள் (ஆக்ஸிஜன் செறிவு கலன்கள்) போன்ற சில நிலைமைகளால் செயலற்ற அடுக்கு சேதமடையலாம். செயலற்ற அடுக்கு சிறிய பகுதிகளில் உடைந்தால், குறிப்பிட்ட இடத்தில் ஏற்படும் அரிப்பு மிக விரைவாகவும் ஆபத்தானதாகவும் இருக்கலாம்.
அரிமான எதிர்வினைகளைப் பாதிக்கும் காரணிகள்
அரிப்பின் வேகத்தை நிர்ணயிக்கும் சில முக்கிய காரணிகள் பின்வருமாறு:
1. நீர் மற்றும் ஆக்ஸிஜனின் இருப்பு: எதிர்மின்வாய் வினையில், நீர் ஒரு மின்பகுளியாகவும் வினை ஊடகமாகவும் செயல்படுகிறது, அதே சமயம் ஆக்ஸிஜன் ஒரு ஆக்ஸிஜனேற்றியாகச் செயல்படுகிறது.
2. சுற்றுச்சூழல் pH: அமிலச் சூழல்கள் உலோகக் கரைதலைத் துரிதப்படுத்துகின்றன. காரச் சூழல்கள் சில சமயங்களில் குறிப்பிட்ட உலோகங்களின் மீது ஒரு பாதுகாப்புப் படலத்தை உருவாக்க உதவுகின்றன.
3. அயனிச் செறிவு (குறிப்பாக Cl⁻): கடத்துத்திறனை அதிகரித்து, உள்ளூர் அரிப்பைத் தூண்டுகிறது.
4. வெப்பநிலை: பொதுவாக, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது வேதி வினைகளின் வீதமும் அதிகரிக்கிறது, எனவே அதிக வெப்பநிலையில் அரிமானம் வேகமாக நிகழ்கிறது.
5. திரவ ஓட்ட வேகம்: இந்த ஓட்டமானது பாதுகாப்பு அடுக்கை அரிக்கவும், ஆக்சிஜன் விநியோகத்தை விரைவுபடுத்தவும் கூடும். இதனால் அரிப்பு-அரிமானம் ஏற்படுகிறது.
6. உலோகங்களுக்கிடையேயான தொடர்பு: மின்னழுத்த வேறுபாடு இருந்தால், இது கால்வனிக் அரிப்பைத் தூண்டுகிறது.
மூடுகிறது
அரிமானம் என்பது அடிப்படையில், ஒரு உலோகம் அதன் சூழலுடன் வினைபுரியும்போது தன்னிச்சையாக நிகழும் தொடர்ச்சியான ஆக்சிஜனேற்ற-ஒடுக்க வினைகளாகும். இரும்பில், இந்த செயல்முறை நேர்மின்வாயில் Fe ஆனது Fe²⁺ ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைவதிலும், எதிர்மின்வாயில் ஆக்சிஜன் (அல்லது அமிலச் சூழல்களில் ஹைட்ரஜன் அயனிகள்) ஒடுக்கம் அடைவதிலும் தொடங்குகிறது. இதன் இறுதி விளைபொருள் நீரேற்றப்பட்ட இரும்பு ஆக்சைடு ஆகும், இது துரு என்று அழைக்கப்படுகிறது. நீர், ஆக்சிஜன், உப்பு மற்றும் pH நிலைமைகள் இருப்பதுடன், உலோக இணைவு மற்றும் ஒரு செயலற்ற அடுக்கை உருவாக்கும் திறன் போன்ற மூலப்பொருள் காரணிகளும் இந்த வினையின் வீதத்தை கணிசமாக நிர்ணயிக்கின்றன. அரிமானச் செயல்பாட்டில் ஈடுபட்டுள்ள வேதி வினைகளைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், பூச்சுகள், தடுப்பான்களின் பயன்பாடு, எதிர்மின்வாய் பாதுகாப்பு முதல் மூலப்பொருள் தேர்வு வரை பொருத்தமான தடுப்பு உத்திகளை நாம் வடிவமைக்க முடியும். இதன்மூலம் அரிமானத்தால் ஏற்படும் இழப்புகளைக் கணிசமாகக் குறைக்க இயலும்.
