Rust: hvad forårsager det, hvordan det opstår, hvordan man undgår det

Rust Det er en rødbrun plet, der vises på jern- eller jernholdige overflader, når de udsættes for luft og fugt. Da metallisk jern er ustabilt i kontakt med luft, dannes det ved oxidation af metallisk jern til jernoxider eller -hydroxider, almindeligvis repræsenteret ved den kemiske formel FeOOH.

Rust er et stort problem for samfundet, da det skader strukturer som f.eks broer, bygninger, køretøjer, motorer, blandt andet, der kræver store udgifter med reparation og vedligeholdelse. Rust er en form for korrosion, et spontant fænomen med ødelæggelse af metaller og legeringer. I øjeblikket bruges flere teknikker, såsom galvanisering, til at reducere påvirkningerne af rustdannelse.

Læs også: Hvordan er salt luft relateret til korrosion af metaller?

Emner i denne artikel

• 1 - Resumé om rust
• 2 - Hvad forårsager rust?
• 3 - Hvordan opstår rust?
• 4 - Typer af rust
• 5 - Kemisk sammensætning af rust
• 6 - Konsekvenser af rust
• 7 - Hvordan undgår man rust?
• 8 - Hvad er forskellen mellem rust og korrosion?

rust oversigt

• Rust er karakteriseret ved rødbrune pletter, der dannes på jernoverflader og jernholdige legeringer, der er i kontakt med luft og fugt.

• Rust dannes, når jern, som er ustabilt i nærvær af atmosfærisk oxygen, oxideres til jernoxider og -hydroxider.

• Det kan repræsenteres af den generelle kemiske formel FeOOH.

• Hovedbestanddelen af ​​rust er hydreret jern III-oxid, Fe₂O₃∙H₂O.

• Rust er et stort problem for lande og virksomheder, da vedligeholdelses- og reparationsomkostningerne er høje.

• Det forårsager store strukturelle påvirkninger, da det mekanisk svækker metalliske strukturer.

• Der er teknikker til at mindske eller afbøde rust, såsom katodisk beskyttelse og galvanisering.

• Rustdannelse er en form for korrosion.

Hvad forårsager rust?

Rust er en rødbrun plet, der vises på metaloverflader, mere specifikt på jern og jernlegeringer, når de udsættes for atmosfæren eller nedsænkes i naturligt vand. I det tilfælde, metallisk jern (Fe) er oxideret til en blanding af oxider (Fe₂O₃∙H₂O og Fe₃O₄) og hydroxider (Fe(OH)₂, Fe(OH)₃) af jern, som også almindeligvis repræsenteres af FeOOH-formlen, som søger at kondensere alle de jernfaser, der er til stede i rust.

Processen, der forårsager rust, er kemisk kendt som korrosion., konsekvens af miljøets påvirkning på et materiale, hvilket fører til dets forringelse, startende fra dets overflade.

Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen ;)

Hvordan opstår rust?

Metallisk jern er termodynamisk ustabilt i nærvær af oxygengas., som udgør omkring 20 % af vores atmosfære og er det medium, hvori et sådant metal oftest udsættes.

Under disse forhold danner dets oxid FeO (jernoxid II), Fe₂O₃ (Jern III-oxid) og Fe₃O₄ (Jern II, III oxid). Tilstedeværelsen af ​​vand gør mediet endnu mere aggressivt, hvilket fremmer dannelsen af ​​rust (FeOOH). Ligesom basiske salte og hydroxider har brug for vand til deres dannelse, har rust, en blanding af oxider og hydroxider, også brug for vand, hvilket gør den relative fugtigheds rolle klar:

4 Fe₃O₄ (s) + O₂ (g) + 6H₂O (l) → 12 FeOOH (s)

I områder med høj relativ luftfugtighed er dannelsen af ​​den såkaldte korrosionsbunke almindelig., på grund af dannelsen af ​​et lag vand, der kondenserer (flyder) på metaloverfladen helt eller delvist.

Dannelse af en rustplade på jern/stål overfladen.

I dette tilfælde skal vi være opmærksomme på standardreduktionspotentialerne for de involverede arter:

• Tro²⁺ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V

• Tro³⁺ (her)/Fe²⁺ (aq): E° = 0,77 V

• O₂ (g)/OH^– (aq): E° = 0,82 V

Det viser værdierne Processen, hvor Fe oxideres af O, er kemisk spontan.₂ opløst i vand, da jern har et lavere standardreduktionspotentiale. Derfor skal vi:

Fe(r) → Fe²⁺ (aq) + 2 og^–

O₂ (g) + 2H₂O(l) + 4 og^– → 4OH^– (her)

Kort om, Rustdannelse kan gives som:

2 Fe²⁺ (aq) + O₂ (g) + 4 OH^– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H₂O(l)

Selvom koncentrationen af ​​ilt i luft er konstant, er dens opløselighed i vand lav (1,4 x 10^–3 mol. L^–1 H₂O ved 20 °C), som hurtigt forbruges på ståloverfladen (metallegering hovedsageligt sammensat af jern og kulstof). Selvom den konstant genopfyldes af luften, skal denne ilt på hvert øjeblik passere gennem et lag tykkere rustlag for at ramme stålet igen, hvilket sænker rusthastigheden over tid. korrosion.

typer af rust

 Rustne parabolantenner.

Rust vil variere i farve afhængig af mængden af ​​ilt og fugt.

• Rød rust: rig på Fe₂O₃∙H₂O (hydreret jern III-oxid), forekommer i miljøer med høj iltning og fugtighed, og er den mest almindelige form, der dannes ensartet.

• Gul rust: rig på FeO(OH)H₂O (eller Fe(OH)₃), forekommer i miljøer med høj luftfugtighed, normalt i metaller, der findes med store mængder stående vand, såsom nær håndvaske og badekar.

• sort rust: rig på Fe₃O₄, forekommer i miljøer med lav iltkoncentration og moderat luftfugtighed. Det fremstår som sorte pletter, der ikke produceres hurtigt, og derfor er det let at bekæmpe.

• brun rust: rig på Fe₂O₃, forekommer i miljøer med en høj koncentration af ilt og lav luftfugtighed (selv uden). På grund af dette er det en meget tørrere type rust, der ikke forekommer ensartet, men på bestemte punkter på overfladen.

Se også: Hvilke typer korrosion er der?

Kemisk sammensætning af rust

Almindeligvis siger man det rust er sammensat af hydreret jern III-oxid (Fe₂O₃∙H₂O), men det kan forstås, at andre arter af jern er til stede i dets sammensætning. som jern det er et metal lidt stabil i kontakt med ilt i luften, er det normalt, at dele af dette metal danner et tyndt lag Fe₃O₄ (magnetit) på dens overflade. Den konstante kontakt med ilt i luften og fugt giver anledning til andre oxiderede arter, såsom FeOOH, i de krystallinske former α-FeOOH (goethite) og γ-FeOOH (lepidocrocit). Disse arter overlapper hinanden i lag langs rusten.

konsekvenser af rust

Processen med rustdannelse er inden for korrosionsområdet., et problem med stor indflydelse på økonomierne i industrialiserede og udviklede lande.

Det anslås, at omkring 30 % af verdens jern- og stålproduktion går tabt på grund af korrosion., en omkostning, der kan svare til 1 til 5 % af landenes BNP. I 2019 brugte Brasilien for eksempel omkring 290 milliarder BRL (ca. 4 % af sit BNP) på korrosionsvedligeholdelse.

Omkostningerne til at vedligeholde strukturer er nødvendige, da udskiftning kan være dyrere, og desuden forårsager rust alvorlig skade på den strukturelle sikkerhed. Ved oxidering mister metallet sine gode mekaniske egenskaber. De dannede oxider er generelt sprøde og kan kompromittere dele, strukturer og udstyr. Ikke nok med det, så kan de også forurene det emballerede produkt, hvis det for eksempel er fødevarer.

Metalstruktur taget af korrosion.

Ud over de direkte omkostninger ved at udskifte og vedligeholde rustne dele, rust kan også give indirekte problemer. En struktur som en bro eller en overkørsel, der skal lukkes for vedligeholdelse, kan forårsage store forstyrrelser i menneskers bevægelser, hvilket påvirker lokalsamfund og arbejdsrutiner. Rustne maskiner kan miste effektivitet eller blive fjernet fra produktionslinjen til vedligeholdelse og dermed reducere produktiviteten.

Hvordan undgår man rust?

I øjeblikket findes der allerede antioxidative eller anti-korrosive teknikker, som drastisk reducerer dannelsen af ​​rust på metaldele. Blandt dem kan vi fremhæve nogle, som f.eks katodisk og anodisk beskyttelse, anti-korrosionsbelægninger og korrosionsinhibitorer.

 Katodebeskyttere på skibsskrog.

I katodisk beskyttelse er metallet af interesse beskyttet af et metal med lettere oxidation (lavere reduktionspotentiale) indsat i dets struktur, hvilket giver anledning til en galvanisk celle. På denne måde fungerer det indsatte metal som en anode, oxiderer og beskytter derefter den metalliske struktur af interesse, der fungerer som en katode og forbliver i sin reducerede (metalliske) form. Den indsatte anode er almindeligvis kendt i denne teknik som "offermetal", netop fordi den oxiderer i stedet for en anden.

Brugen af ​​belægninger forhindrer metalstrukturen i at komme i kontakt med det oxidative miljø, hvilket skaber en barriere, der vil hindre eller endda forhindre dannelsen af ​​rust. Et eksempel er epoxidmalingen og det røde bly, som blandt andet beskytter rør, rækværk, porte. En anden kendt belægning er galvanisering, som består i at belægge jernstykket med et mindre ædelt metal. Dette er tilfældet med galvaniserede skruer, hvor jernstrukturen er belagt med zinkmetal.

Arbejder galvanisering stål.

Korrosionsinhibitorer er kemiske stoffer af organisk eller uorganisk karakter, som tilføres miljøet for at forhindre rustdannelse. Idéen er at generere produkter i mediet, der danner beskyttende film og fungerer som en barriere for metallet, hvilket gør kontakt med det oxiderende medium vanskelig. Klik på for at lære mere om måder at forhindre rust på her.

Hvad er forskellen mellem rust og korrosion?

Rust er faktisk det stof, der dannes under korrosionsprocessen af ​​jern og dets legeringer, såsom stål. Korrosion er bredere, da det vedrører alle processer med spontan ødelæggelse af metaller og legeringer, forårsaget af kemiske, biokemiske og elektrokemiske interaktioner mellem metaller og legeringer med miljøet miljø. Under korrosion omdannes metaller til termodynamisk mere stabile forbindelser såsom oxider, hydroxider, salte eller carbonater. Derfor kan vi sige det dannelsen af ​​rust er en af ​​korrosionsprocesserne.

Nogle forfattere siger, at rust er en konsekvens af processen med våd korrosion eller korrosion elektrokemi, da en sådan proces kræver tilstedeværelsen af ​​vand for at forekomme, og det sker spontant.

Kilder

AZ RUST. Hvad er rust og de mest almindelige typer rust. AZ Rust, c2023. Tilgængelig i: https://azrust.com/what-is-rust/.

CARNEIRO, C. Udgifter til at begrænse stålkorrosion påvirker 4 % af det brasilianske BNP. SEGS, 2022. Tilgængelig i: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.

CURTISS-WRIGHT OVERFLADETEKNOLOGIER. Typer af rust og hvordan metaloverfladebehandling kan hjælpe med at forhindre oxidation. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Tilgængelig i: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.

MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korrosion, nedbrydning og ældning. I: Introduktion til materialevidenskab, P. 379-399, 2002.

MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. jeg. W.; MAINIER, F. B. Korrosion: Et sædvanligt eksempel på et kemisk fænomen. Ny kemi på skolen. n. 19, 2004. Tilgængelig i: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.

POPOV, f. Ingen. Korrosionsteknik: Principper og løste problemer. Oxford: Elsevier, 2015.

SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. EN. Korrosion af kulstofstål: en hverdagstilgang i kemiundervisning. Ny kemi, v. 38, nr. 2, s. 293-296, 2015. Tilgængelig i: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.

Af Stefano Araujo Novais
Kemi lærer

Korrosion af metaller, hovedsageligt jern, forekommer i elektrokemiske processer af redoxreaktioner.

Forstå hvorfor havluften i kystområder bidrager til korrosion af metalliske strukturer.

Fordele og skader forårsaget af ilt.

Jernkorrosionsbeskyttelse kan udføres med maling, specialstål eller katodisk beskyttelse.

Vide, hvad begrebet korrosion betyder, og hvad der er forskellen mellem kemisk, elektrokemisk og elektrolytisk korrosion.