Ръжда Това е червеникаво-кафяво петно, което се появява върху железни или черни повърхности, когато са изложени на въздух и влага. Тъй като металното желязо е нестабилно при контакт с въздуха, то се образува чрез окисляването на металното желязо до железни оксиди или хидроксиди, обикновено представени с химичната формула FeOOH.
Ръждата е основен проблем за обществото, тъй като значително уврежда структури като напр мостове, сгради, превозни средства, двигатели, наред с други, изискващи големи разходи за ремонт и поддръжка. Ръждата е вид корозия, спонтанно явление на разрушаване на метали и сплави. Понастоящем се използват няколко техники, като например поцинковане, за намаляване на въздействието от образуването на ръжда.
Прочетете също: Как соленият въздух е свързан с корозията на металите?
ръжда резюме
Ръждата се характеризира с червеникаво-кафяви петна, които се образуват върху железни повърхности и железни сплави, които са в контакт с въздух и влага.
Ръждата се образува, когато желязото, което е нестабилно в присъствието на атмосферен кислород, се окислява до железни оксиди и хидроксиди.
Може да се представи с общата химична формула FeOOH.
Основният компонент на ръждата е хидратиран железен III оксид, Fe2О3∙H2О.
Ръждата е основен проблем за страните и компаниите, тъй като разходите за поддръжка и ремонт са високи.
Той причинява големи структурни въздействия, тъй като механично отслабва металните конструкции.
Има техники за намаляване или смекчаване на ръждата, като катодна защита и поцинковане.
Образуването на ръжда е вид корозия.
Какво причинява ръжда?
Ръждата е а червеникаво-кафяво петно, което се появява върху метални повърхности, по-специално върху желязо и железни сплави, когато са изложени на атмосферата или потопени в естествени води. В този случай, метално желязо (Fe) се окислява до смес от оксиди (Fe2О3∙H2O и Fe3О4) и хидроксиди (Fe(OH)2, Fe(OH)3) от желязо, които също обикновено се представят с формулата FeOOH, която се стреми да кондензира всички железни фази, присъстващи в ръждата.
Процесът, който причинява ръжда, е химически известен като корозия., следствие от действието на околната среда върху материала, водещо до неговото разрушаване, като се започне от повърхността му.
Как възниква ръждата?
Металното желязо е термодинамично нестабилно в присъствието на кислород., което съставлява около 20% от нашата атмосфера и е средата, в която този метал е най-често изложен.
При тези условия неговият оксид образува FeO (железен оксид II), Fe2О3 (железен III оксид) и Fe3О4 (Железен II, III оксид). Наличието на вода прави средата още по-агресивна, благоприятствайки образуването на ръжда (FeOOH). Точно както основните соли и хидроксиди се нуждаят от вода за тяхното образуване, ръждата, смес от оксиди и хидроксиди, също се нуждае от вода, което прави ролята на относителната влажност ясна:
4 Fe3О4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
В райони с висока относителна влажност на въздуха е често срещано образуването на така наречената корозионна купчина., поради образуването на слой вода, който кондензира (втечнява) изцяло или частично върху металната повърхност.
В този случай трябва да обърнем внимание на стандартните потенциали за намаляване на засегнатите видове:
вяра2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
вяра3+ (тук)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
О2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Стойностите показват това Процесът, при който Fe се окислява от O, е химически спонтанен.2 разтворен във вода, тъй като желязото има по-нисък стандартен редукционен потенциал. Следователно ние трябва:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 и–
О2 (g) + 2Н2O(l) + 4 и– → 4OH– (тук)
Накратко, Образуването на ръжда може да се даде като:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 ОН– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Въпреки че концентрацията на кислород във въздуха е постоянна, неговата разтворимост във вода е ниска (1,4 x 10–3 мол. Л–1 з2O при 20 °C), който бързо се изразходва върху стоманената повърхност (метална сплав, съставена главно от желязо и въглерод). Въпреки че постоянно се допълва от въздуха, този кислород във всеки един момент трябва да преминава през слой по-дебел слой ръжда, за да удари стоманата отново, което забавя скоростта на ръждата с времето. корозия.
видове ръжда
Ръждата ще варира по цвят в зависимост от количеството кислород и влага.
Червена ръжда: богати на Fe2О3∙H2O (хидратиран железен III оксид) се среща в среди с висока оксигенация и влажност, като е най-често срещаната форма, образуваща се равномерно.
Жълта ръжда: богати на FeO(OH)H2O (или Fe(OH)3), възниква в среда с висока влажност, обикновено в метали, открити с големи количества стояща вода, като например близо до мивки и вани.
черна ръжда: богати на Fe3О4, възниква в среди с ниска концентрация на кислород и умерена влажност. Появява се като черни петна, не се образуват бързо и затова е лесно за борба.
кафява ръжда: богати на Fe2О3, възниква в среда с висока концентрация на кислород и ниска влажност (дори без). Поради това, това е много по-сух вид ръжда, която не се появява равномерно, а в определени точки на повърхността.
Вижте също: Какви са видовете корозия?
Химичен състав на ръждата
Обикновено се казва, че Ръждата се състои от хидратиран железен III оксид (Fe2О3∙H2O), но може да се разбере, че в състава му присъстват и други видове желязо. като желязо това е метал малко стабилен при контакт с кислорода във въздуха, нормално е части от този метал да образуват тънък слой Fe3О4 (магнетит) на повърхността му. Постоянният контакт с кислорода във въздуха и влажността води до други окислени видове, като FeOOH, в кристалните форми α-FeOOH (гоетит) и γ-FeOOH (лепидокроцит). Тези видове се припокриват на слоеве по ръждата.
последствия от ръжда
Процесът на образуване на ръжда е в областта на корозията., проблем с голямо въздействие върху икономиките на индустриализираните и развитите страни.
Изчислено е, че около 30% от световното производство на желязо и стомана се губи поради корозия., разход, който може да съответства на 1 до 5% от БВП на страните. През 2019 г. например Бразилия е похарчила около 290 милиарда бразилски реала (около 4% от своя БВП) за поддръжка на корозия.
Разходите за поддръжка на конструкциите са необходими, тъй като подмяната може да бъде по-скъпа и в допълнение ръждата причинява сериозни щети на структурната безопасност. При окисляване металът губи добрите си механични свойства. Образуваните оксиди като цяло са крехки и могат да компрометират части, структури и оборудване. Не само това, те могат да замърсят и опакования продукт, ако това е например храна.
В допълнение към преките разходи за подмяна и поддръжка на ръждясали части, ръжда може да доведе и до косвени проблеми. Конструкция като мост или надлез, която трябва да бъде затворена за поддръжка, може да причини големи смущения в движението на хора, засягайки общностите и работната рутина. Ръждясалите машини могат да загубят ефективност или да бъдат премахнати от производствената линия за поддръжка, като по този начин намаляват производителността.
Как да избегнем ръждата?
В момента вече има антиокислителни или антикорозионни техники, които драстично намаляват образуването на ръжда върху металните части. Сред тях можем да подчертаем някои, като напр катодна и анодна защита, антикорозионни покрития и инхибитори на корозията.
При катодната защита металът, който представлява интерес, е защитен от метал с по-лесно окисляване (по-нисък редукционен потенциал), вмъкнат в неговата структура, което води до галванична клетка. По този начин вмъкнатият метал действа като анод, окислява се и след това защитава интересуващата ни метална структура, която действа като катод и остава в своята редуцирана (метална) форма. Вмъкнатият анод е известен в тази техника като „жертвен метал“, точно защото се окислява на мястото на друг.
Използването на покрития предотвратява контакта на металната конструкция с окислителната среда, като по този начин създава бариера, която ще възпрепятства или дори предотвратява образуването на ръжда. Пример за това са епоксидните бои и червено олово, които предпазват тръби, парапети, порти и др. Друго известно покритие е галванизацията, която се състои в покриване на желязното парче с по-малко благороден метал. Такъв е случаят с поцинкованите винтове, при които желязната конструкция е покрита с метален цинк.
Инхибиторите на корозията са химически вещества от органичен или неорганичен характер, които се добавят към околната среда, за да предотвратят процеса на образуване на ръжда. Идеята е да се генерират продукти в средата, които образуват защитни филми и действат като бариера за метала, затруднявайки контакта с окислителната среда. За да научите повече за начините за предотвратяване на ръжда, щракнете тук.
Каква е разликата между ръжда и корозия?
Ръждата всъщност е веществото, образувано по време на процеса на корозия на желязото и неговите сплави, като стомана. Корозията е по-широка, тъй като засяга всички процеси на спонтанно разрушаване на метали и сплави, причинени от химични, биохимични и електрохимични взаимодействия между метали и сплави с околната среда заобикаляща среда. По време на корозия металите се превръщат в термодинамично по-стабилни съединения като оксиди, хидроксиди, соли или карбонати. Следователно можем да кажем това образуването на ръжда е един от процесите на корозия.
Някои автори казват, че ръждата е следствие от процеса на мокра корозия или корозия електрохимия, тъй като такъв процес изисква наличието на вода, за да се случи и това се случва спонтанно.
Източници
AZ РЪЖДА. Какво е ръжда и най-често срещаните видове ръжда. AZ Rust, c2023. Достъпен в: https://azrust.com/what-is-rust/.
КАРНЕЙРО, К. Разходите за ограничаване на корозията на стоманата засягат 4% от бразилския БВП. SEGS, 2022 г. Достъпен в: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
ПОВЪРХНОСТНИ ТЕХНОЛОГИИ НА CURTISS-WRIGHT. Видове ръждясване и как обработката на металната повърхност може да помогне за предотвратяване на окисляването. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020 г. Достъпен в: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
МЪРСИЕР, Дж. П.; ZAMBELLI, G.; КУРЦ, У. Корозия, разграждане и стареене. в: Въведение в науката за материалите, П. 379-399, 2002.
МЕРЧОН, Ф.; ГИМАРЕС, П. аз W.; МАЙНИЕР, Ф. б. Корозия: обичаен пример за химически феномен. Нова химия в училище. н. 19, 2004. Достъпен в: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
ПОПОВ, б. Не. Корозионно инженерство: Принципи и решени проблеми. Оксфорд: Elsevier, 2015 г.
СИЛВА, м. v. F.; ПЕРЕЙРА, М. W.; КОДАРО, Е. Н.; АЧИАРИ, Х. А. Корозия на въглеродна стомана: ежедневен подход в обучението по химия. Нова химия, v. 38, бр. 2, стр. 293-296, 2015. Достъпен в: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
От Стефано Араухо Новаис
Учител по химия
