Реаксияҳои кимиёвӣ дар раванди зангзанӣ
Зангзанӣ яке аз падидаҳои кимиёвӣ аст, ки бо ҳаёти ҳаррӯза бештар алоқаманд аст, аммо таъсири он метавонад амиқ бошад. Аз зангзании деворҳо то чаҳорчӯбаи сустшудаи мошинҳо то шоридан аз қубурҳои саноатӣ - ҳама метавонанд аз раванди зангзанӣ оғоз шаванд. Ба таври оддӣ, зангзаниро метавон ҳамчун вайроншавии маводҳо (хусусан металлҳо) дар натиҷаи аксуламалҳои кимиёвӣ ё электрохимиявӣ бо муҳити зист фаҳмид. Гарчанде ки аксар вақт онро танҳо ҳамчун "занг" мешуморанд, зангзанӣ дар асл як силсилаи мураккаби аксуламалҳоро дар бар мегирад, ки аз таъсири об, оксиген, намак, туршӣ ва фарқиятҳои потенсиали электрикӣ дар сатҳи металл таъсир мегиранд.
Зангзанӣ ҳамчун раванди электрохимиявӣ
Дар аксари мавридҳо, зангзании металл тавассути механизмҳои электрохимиявӣ ба амал меояд, яъне ин раванд ҷараёни электронҳоро дар бар мегирад, ки дар натиҷаи пайдоиши як ҳуҷайраи микроэлектрохимиявӣ дар сатҳи металл ба вуҷуд меояд. Ин ҳуҷайра аз ду қисми асосӣ иборат аст: минтақаи анод ва минтақаи катод. Гарчанде ки металл якхела ба назар мерасад, сатҳи он аксар вақт нокомилӣ, фишорҳои дохилӣ, фарқиятҳо дар таркиби микро ё тамос бо дигар металлҳоро дар бар мегирад, ки боиси он мегардад, ки як қисми сатҳ ҳамчун анод ва қисми дигар ҳамчун катод амал кунанд.
– Дар анод, металл оксидшавӣ (аз озод кардани электронҳо)-ро аз сар мегузаронад.
– Дар катод реаксияи барқароршавӣ (қабули электронҳо) ба амал меояд, ки одатан ионҳои оксиген ё гидрогенро дар бар мегирад.
Ба ибораи дигар, зангзаниро метавон ҳамчун «батареяи хурд» баррасӣ кард, ки дар сатҳи металл пайваста кор мекунад, ба шарте ки электролит (масалан, об) ҳамчун васила барои гузаронидани ионҳо мавҷуд бошад.
Реаксияҳои асосии зангзании оҳан: Манбаъҳои занг
Оҳан (Fe) дар баҳсҳо дар бораи зангзанӣ мисоли маъмултарин аст, зеро он ба осонӣ занг мезанад. Занг омехтаи мураккаб аст, ки асосан аз оксидҳои оҳани гидратдор иборат аст (масалан, Fe₂O₃·nH₂O), аммо ташаккули он аз якчанд марҳилаҳои реаксия оғоз мешавад.
1. Реаксияи анодӣ: Оксидшавии оҳан
Дар анод, оҳан бо роҳи раҳо кардани электронҳо ҳал мешавад:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Ин реаксия боиси пайдоиши ионҳои Fe²⁺ мегардад, ки боиси гум шудани массаи металл дар нуқтаи анодӣ мегардад. Ин оғози раванди "зангзанӣ" дар металл аст.
2. Реаксияи катодӣ: Редуксияи оксиген
Дар муҳитҳои бетараф ё ишқорӣ (масалан, оби оддӣ), маъмултарин реаксияи катодӣ коҳиши оксигени ҳалшуда мебошад:
O₂(г) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(ак)
Электронҳое, ки аз анод ҷудо мешаванд, ба минтақаи катод мегузаранд ва барои кам кардани оксиген истифода мешаванд. Мавҷудияти об ва оксиген ду омили калидӣ мебошанд.
3. Ташаккули пайвастагии миёнаравӣ: Fe(OH)₂
Ионҳои Fe²⁺, ки дар анод ба вуҷуд омадаанд, бо ионҳои OH⁻ аз реаксияи катодӣ реаксия карда, таҳшинро ба вуҷуд меоранд:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Ин конҳо ҳанӯз занги ниҳоӣ нестанд, балки «маҳсулоти барвақти зангзанӣ» мебошанд, ки метавонанд минбаъд низ тағйир ёбанд.
4. Оксидшавии минбаъда ба Fe(OH)₃ ва оксиди оҳани гидратшуда
Fe(OH)₂ метавонад бо оксиген ба Fe(OH)₃ оксид шавад:
4Fe(OH)₂(с) + O₂(г) + 2H₂O(л) → 4Fe(OH)₃(с)
Сипас Fe(OH)₃ қисман хушкшавӣ ва аз нав ташкили сохториро ба оксиди оҳани гидратшуда, ки мо онро занг меномем, дучор мекунад:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (об)
Маҳсулоти зангзада сӯрохдоранд ва сахт часпида намешаванд, аз ин рӯ онҳо қабатҳои зеризаминии металлро муҳофизат намекунанд. Аз ин рӯ, зангзании оҳан майл ба идома ва бадтар шудан дорад.
Таъсири электролитҳо ва ионҳои намак
Зангзанӣ дар ҳузури электролити хуб, ба монанди оби баҳр ё обе, ки намак дорад, хеле тезтар ба амал меояд. Ионҳои хлорид (Cl⁻) яке аз хатарноктарин суръатбахшандаҳои зангзанӣ мебошанд. Намак гузаронандагии маҳлулро зиёд мекунад ва ҷараёни электрохимиявиро дар сатҳи металл зиёд мекунад. Ғайр аз ин, хлорид метавонад ба қабати ғайрифаъол дар баъзе металлҳо зарар расонад ва зангзании маҳаллиро, ба монанди зангзании тарқишҳо ва зангзании сӯрохӣ, ба вуҷуд орад.
Дар оҳан, муҳите, ки Cl⁻ дорад, инчунин метавонад ба пайдоиши маҳсулоти зангзании ноустувортар мусоидат кунад ва пайдоиши доғҳои хурди анодҳои амиқро суръат бахшад, ки дар натиҷа чоҳҳои зангзанӣ ба вуҷуд меоянд, ки аз берун муайян карданашон душвор аст.
Зангзанӣ дар муҳити туршӣ: Камшавии ионҳои гидроген
Дар муҳити туршӣ, реаксияи катодӣ метавонад тағйир ёбад. Агар консентратсияи H⁺ баланд бошад, реаксияи бартаридоштаи барқароршавӣ ташаккули гази гидроген аст:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
Дар ҳоле ки реаксияи анодӣ обшавии металл боқӣ мемонад:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Ин омезиш суръати ҳалшавии оҳанро дар кислота метезонад. Дар натиҷа, металл метавонад бе мавҷудияти миқдори зиёди оксигени ҳалшуда вайрон шавад. Аз ин рӯ, қубурҳо ё зарфҳое, ки дар зери таъсири моеъҳои кислотаӣ қарор доранд, агар онҳо пӯшонида нашуда бошанд ё рН-и онҳо назорат карда нашавад, хатари зангзании босуръатро доранд.
Зангзании галванӣ: Вақте ки ду металл бо ҳам вомехӯранд
Зангзанӣ на танҳо аз муҳити зист, балки аз металлҳои дар тамосбуда низ таъсир мегирад. Вақте ки ду металли гуногун дар электролит ба таври барқӣ пайваст мешаванд, як элементи галванӣ ба вуҷуд меояд. Метали фаъолтар (ба осонӣ оксидшаванда) ҳамчун анод амал мекунад ва зудтар занг мезанад, дар ҳоле ки металли наҷибтар ҳамчун катод амал мекунад ва нисбатан муҳофизат карда мешавад.
Масалан, агар оҳан дар шароити намӣ бо мис тамос гирад, оҳан майл дорад, ки ҳамчун анод амал кунад ва зудтар занг занад. Ин аз фарқияти потенсиали электроди стандартӣ байни ду металл вобаста аст, ки самти ҷараёни электронро муайян мекунад.
Қабатҳои ғайрифаъол ва зангзанӣ дар дигар металлҳо
На ҳама металлҳо мисли оҳан занг мезананд. Масалан, алюминий ва пӯлоди зангногир майл доранд, ки қабати тунуки оксидӣ, зич ва сахт часпидашударо ташкил диҳанд, ки онро қабати пассив меноманд. Ин қабат паҳншавии оксиген ва обро ба сатҳи металл бозмедорад ва бо ин васила суръати зангзаниро коҳиш медиҳад. Дар алюминий, қабати Al₂O₃ хеле устувор аст. Дар пӯлоди зангногир, қабати пассив аз ҷониби хром дастгирӣ карда мешавад ва Cr₂O₃-ро ташкил медиҳад.
Аммо, қабати ғайрифаъол метавонад аз сабаби шароити муайян, ба монанди консентратсияи баланди хлорид, шароити норасоии оксиген дар фосилаҳои танг ё фарқиятҳо дар аэратсия (ҳуҷайраҳои консентратсияи оксиген) осеб бинад. Вақте ки қабати ғайрифаъол дар минтақаҳои хурд шикаста мешавад, зангзании маҳаллӣ метавонад хеле зуд ба амал ояд ва хатарнок бошад.
Омилҳое, ки ба аксуламалҳои зангзанӣ таъсир мерасонанд
Баъзе аз омилҳои асосие, ки суръати коррозияро муайян мекунанд, инҳоянд:
1. Дастрасии об ва оксиген: Об ҳамчун электролит ва муҳити реаксия амал мекунад, дар ҳоле ки оксиген дар реаксияи катодӣ ҳамчун агенти оксидкунанда амал мекунад.
2. РН-и муҳити зист: Муҳитҳои туршӣ обшавии металлҳоро метезонанд. Муҳитҳои ишқорӣ баъзан ба ташаккули қабати муҳофизатӣ дар баъзе металлҳо мусоидат мекунанд.
3. Консентратсияи ионҳо (хусусан Cl⁻): Ноқилиятпазириро зиёд мекунад ва зангзании маҳаллиро ба вуҷуд меорад.
4. Ҳарорат: Умуман, суръати реаксияҳои кимиёвӣ бо ҳарорат меафзояд, аз ин рӯ зангзанӣ дар ҳарорати баланд тезтар мешавад.
5. Суръати ҷараёни моеъ: Ҷараён метавонад қабати муҳофизатиро вайрон кунад ва таъминоти оксигенро суръат бахшад, ки боиси эрозия-зангзанӣ мегардад.
6. Тамос байниметаллӣ: Агар фарқияти эҳтимолӣ вуҷуд дошта бошад, зангзании галваниро ба вуҷуд меорад.
Penutup
Зангзанӣ асосан як силсила реаксияҳои оксидшавӣ-барқароршавӣ мебошад, ки ҳангоми таъсири мутақобилаи металл бо муҳити худ ба таври худкор ба амал меоянд. Дар оҳан, раванд бо оксидшавии Fe ба Fe²⁺ дар анод ва коҳишёбии оксиген (ё ионҳои гидроген дар шароити кислотаӣ) дар катод оғоз мешавад. Маҳсулоти ниҳоӣ оксиди оҳани гидратшуда мебошад, ки бо номи занг маълум аст. Мавҷудияти об, оксиген, намак ва шароити рН суръати ин реаксияро ба таври назаррас муайян мекунад, инчунин омилҳои моддӣ ба монанди ҷуфтшавии металл ва қобилияти ташкили қабати ғайрифаъол. Бо дарки реаксияҳои кимиёвӣ, ки дар раванди зангзанӣ иштирок мекунанд, мо метавонем стратегияҳои мувофиқи пешгирӣ - аз рӯйпӯшҳо, истифодаи ингибиторҳо, муҳофизати катодӣ то интихоби мавод - тарҳрезӣ кунем, то талафот аз зангзанӣ ба таври назаррас кам карда шаванд.
