Σκουριά Είναι ένας κοκκινοκαφέ λεκές που εμφανίζεται σε σιδερένιες ή σιδηρούχες επιφάνειες όταν εκτίθενται στον αέρα και την υγρασία. Καθώς ο μεταλλικός σίδηρος είναι ασταθής σε επαφή με τον αέρα, σχηματίζεται από την οξείδωση του μεταλλικού σιδήρου σε οξείδια ή υδροξείδια του σιδήρου, που συνήθως αντιπροσωπεύονται από τον χημικό τύπο FeOOH.
Η σκουριά αποτελεί μείζον πρόβλημα για την κοινωνία καθώς βλάπτει σημαντικά δομές όπως π.χ γέφυρες, κτίρια, οχήματα, μηχανές, μεταξύ άλλων, που απαιτούν μεγάλα έξοδα με επισκευή και συντήρηση. Η σκουριά είναι ένα είδος διάβρωσης, ένα αυθόρμητο φαινόμενο καταστροφής μετάλλων και κραμάτων. Επί του παρόντος, πολλές τεχνικές, όπως ο γαλβανισμός, χρησιμοποιούνται για τη μείωση των επιπτώσεων του σχηματισμού σκουριάς.
Διαβάστε επίσης: Πώς σχετίζεται ο αλατισμένος αέρας με τη διάβρωση των μετάλλων;
περίληψη σκουριάς
Η σκουριά χαρακτηρίζεται από κοκκινοκαφέ λεκέδες που σχηματίζονται σε επιφάνειες σιδήρου και σιδηρούχα κράματα που έρχονται σε επαφή με τον αέρα και την υγρασία.
Η σκουριά σχηματίζεται όταν ο σίδηρος, ο οποίος είναι ασταθής παρουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου, οξειδώνεται σε οξείδια και υδροξείδια του σιδήρου.
Μπορεί να αντιπροσωπεύεται από τον γενικό χημικό τύπο FeOOH.
Το κύριο συστατικό της σκουριάς είναι το ενυδατωμένο οξείδιο του σιδήρου III, Fe2Ο3∙Η2Ο.
Η σκουριά είναι ένα σημαντικό πρόβλημα για χώρες και εταιρείες, καθώς το κόστος συντήρησης και επισκευής είναι υψηλό.
Προκαλεί μεγάλες δομικές κρούσεις, καθώς εξασθενεί μηχανικά τις μεταλλικές κατασκευές.
Υπάρχουν τεχνικές για τη μείωση ή τον μετριασμό της σκουριάς, όπως η καθοδική προστασία και ο γαλβανισμός.
Ο σχηματισμός σκουριάς είναι ένας τύπος διάβρωσης.
Τι προκαλεί τη σκουριά;
Η σκουριά είναι α κοκκινοκαφέ λεκές που εμφανίζονται σε μεταλλικές επιφάνειες, πιο συγκεκριμένα σε σίδηρο και κράματα σιδήρου, όταν εκτίθενται στην ατμόσφαιρα ή βυθίζονται σε φυσικά νερά. Σε αυτή την περίπτωση, μεταλλικός σίδηρος (Fe) οξειδώνεται σε ένα μείγμα οξειδίων (Fe2Ο3∙Η2Ο και Fe3Ο4) και υδροξείδια (Fe(OH)2, Fe(OH)3) του σιδήρου, τα οποία επίσης αντιπροσωπεύονται συνήθως από τον τύπο FeOOH, ο οποίος επιδιώκει να συμπυκνώσει όλες τις φάσεις σιδήρου που υπάρχουν στη σκουριά.
Η διαδικασία που προκαλεί τη σκουριά είναι χημικά γνωστή ως διάβρωση., συνέπεια της δράσης του περιβάλλοντος σε ένα υλικό, που οδηγεί στη φθορά του, ξεκινώντας από την επιφάνειά του.
Πώς εμφανίζεται η σκουριά;
Ο μεταλλικός σίδηρος είναι θερμοδυναμικά ασταθής παρουσία αερίου οξυγόνου., που αποτελεί περίπου το 20% της ατμόσφαιράς μας και είναι το μέσο στο οποίο αυτό το μέταλλο εκτίθεται συχνότερα.
Υπό αυτές τις συνθήκες, το οξείδιο του σχηματίζει FeO (οξείδιο του σιδήρου II), Fe2Ο3 (οξείδιο του σιδήρου III) και Fe3Ο4 (Οξείδιο σιδήρου II, III). Η παρουσία νερού κάνει το μέσο ακόμα πιο επιθετικό, ευνοώντας το σχηματισμό σκουριάς (FeOOH). Όπως τα βασικά άλατα και τα υδροξείδια χρειάζονται νερό για τον σχηματισμό τους, έτσι και η σκουριά, ένα μείγμα οξειδίων και υδροξειδίων, χρειάζεται νερό, καθιστώντας σαφή τον ρόλο της σχετικής υγρασίας:
4 Fe3Ο4 (s) + O2 (ζ) + 6Η2O (l) → 12 FeOOH (s)
Σε περιοχές με υψηλή σχετική υγρασία του αέρα, ο σχηματισμός του λεγόμενου σωρού διάβρωσης είναι συχνός., λόγω του σχηματισμού ενός φύλλου νερού που συμπυκνώνεται (υγροποιείται) στην μεταλλική επιφάνεια εν όλω ή εν μέρει.
Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να δώσουμε προσοχή στις τυπικές δυνατότητες μείωσης των εμπλεκόμενων ειδών:
Πίστη2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Πίστη3+ (εδώ)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
Ο2 (ζ)/ΟΗ– (aq): E° = 0,82 V
Οι αξίες το δείχνουν Η διαδικασία κατά την οποία ο Fe οξειδώνεται με Ο είναι χημικά αυθόρμητη.2 διαλυμένο στο νερό, καθώς ο σίδηρος έχει χαμηλότερο τυπικό δυναμικό μείωσης. Επομένως, πρέπει:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 και–
Ο2 (ζ) + 2Η2O(l) + 4 και– → 4OH– (εδώ)
Εν συντομία, Ο σχηματισμός σκουριάς μπορεί να δοθεί ως:
2 Fe2+ (aq) + O2 (ζ) + 4 ΟΗ– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Αν και η συγκέντρωση του οξυγόνου στον αέρα είναι σταθερή, η διαλυτότητά του στο νερό είναι χαμηλή (1,4 x 10–3 mol. μεγάλο–1 H2O στους 20 °C), το οποίο καταναλώνεται γρήγορα στην επιφάνεια του χάλυβα (κράμα μετάλλων που αποτελείται κυρίως από σίδηρο και άνθρακα). Αν και αναπληρώνεται συνεχώς από τον αέρα, αυτό το οξυγόνο, σε κάθε στιγμή, πρέπει να περάσει μέσα από ένα στρώμα παχύτερο στρώμα σκουριάς για να χτυπήσει ξανά το ατσάλι, το οποίο επιβραδύνει την ταχύτητα της σκουριάς με την πάροδο του χρόνου. διάβρωση.
είδη σκουριάς
Η σκουριά θα ποικίλλει στο χρώμα ανάλογα με την ποσότητα οξυγόνου και υγρασίας.
Κόκκινη σκουριά: πλούσιο σε Fe2Ο3∙Η2Το O (ένυδρο οξείδιο του σιδήρου III), εμφανίζεται σε περιβάλλοντα υψηλής οξυγόνωσης και υγρασίας, αποτελώντας την πιο κοινή μορφή, που σχηματίζεται ομοιόμορφα.
Κίτρινη σκουριά: πλούσιο σε FeO(OH)H2O (ή Fe(OH)3), εμφανίζεται σε περιβάλλοντα υψηλής υγρασίας, συνήθως σε μέταλλα που βρίσκονται με μεγάλες ποσότητες στάσιμου νερού, όπως κοντά σε νεροχύτες και μπανιέρες.
μαύρη σκουριά: πλούσιο σε Fe3Ο4, εμφανίζεται σε περιβάλλοντα χαμηλής συγκέντρωσης οξυγόνου και μέτριας υγρασίας. Εμφανίζεται ως μαύρα στίγματα, που δεν παράγονται γρήγορα, και επομένως είναι εύκολο να καταπολεμηθεί.
καφέ σκουριά: πλούσιο σε Fe2Ο3, εμφανίζεται σε περιβάλλοντα με υψηλή συγκέντρωση οξυγόνου και χαμηλή υγρασία (ακόμη και χωρίς). Εξαιτίας αυτού, είναι ένας πολύ πιο ξηρός τύπος σκουριάς, που δεν εμφανίζεται ομοιόμορφα, αλλά σε συγκεκριμένα σημεία στην επιφάνεια.
Δείτε επίσης: Ποιοι είναι οι τύποι διάβρωσης;
Χημική σύνθεση σκουριάς
Κοινώς, λέγεται ότι Η σκουριά αποτελείται από ενυδατωμένο οξείδιο του σιδήρου III (Fe2Ο3∙Η2O), αλλά μπορεί να γίνει κατανοητό ότι στη σύνθεσή του υπάρχουν και άλλα είδη σιδήρου. σαν σίδερο είναι μέταλλο ελάχιστα σταθερό σε επαφή με το οξυγόνο στον αέρα, είναι φυσιολογικό τα μέρη αυτού του μετάλλου να σχηματίζουν ένα λεπτό στρώμα Fe3Ο4 (μαγνητίτης) στην επιφάνειά του. Η συνεχής επαφή με το οξυγόνο στον αέρα και την υγρασία δημιουργεί άλλα οξειδωμένα είδη, όπως το FeOOH, στις κρυσταλλικές μορφές α-FeOOH (γκαιθίτης) και γ-FeOOH (λεπιδοκροκίτης). Αυτά τα είδη επικαλύπτονται σε στρώματα κατά μήκος της σκουριάς.
συνέπειες της σκουριάς
Η διαδικασία σχηματισμού σκουριάς βρίσκεται στο πεδίο της διάβρωσης., ένα πρόβλημα με μεγάλο αντίκτυπο στις οικονομίες των βιομηχανικών και ανεπτυγμένων χωρών.
Υπολογίζεται ότι περίπου το 30% της παγκόσμιας παραγωγής σιδήρου και χάλυβα χάνεται από τη διάβρωση., κόστος που μπορεί να αντιστοιχεί στο 1 έως 5% του ΑΕΠ των χωρών. Το 2019, για παράδειγμα, η Βραζιλία δαπάνησε περίπου 290 δισεκατομμύρια BRL (περίπου το 4% του ΑΕΠ της) για συντήρηση από τη διάβρωση.
Το κόστος συντήρησης των κατασκευών είναι απαραίτητο, καθώς η αντικατάσταση μπορεί να είναι πιο ακριβή και, επιπλέον, η σκουριά προκαλεί σοβαρή ζημιά στη δομική ασφάλεια. Κατά την οξείδωση, το μέταλλο χάνει τις καλές μηχανικές του ιδιότητες. Τα οξείδια που σχηματίζονται, γενικά, είναι εύθραυστα και μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο μέρη, δομές και εξοπλισμό. Όχι μόνο αυτό, μπορούν επίσης να μολύνουν το συσκευασμένο προϊόν, εάν αυτό, για παράδειγμα, είναι φαγητό.
Εκτός από το άμεσο κόστος αντικατάστασης και συντήρησης σκουριασμένων εξαρτημάτων, η σκουριά μπορεί επίσης να φέρει έμμεσα προβλήματα. Μια κατασκευή όπως μια γέφυρα ή μια διάβαση, η οποία πρέπει να κλείσει για συντήρηση, μπορεί να προκαλέσει μεγάλες διαταραχές στην κίνηση των ανθρώπων, επηρεάζοντας τις κοινότητες και τη ρουτίνα εργασίας. Τα σκουριασμένα μηχανήματα μπορεί να χάσουν την αποτελεσματικότητά τους ή να αφαιρεθούν από τη γραμμή παραγωγής για συντήρηση, μειώνοντας έτσι την παραγωγικότητα.
Πώς να αποφύγετε τη σκουριά;
Επί του παρόντος υπάρχουν ήδη αντιοξειδωτικές ή αντιδιαβρωτικές τεχνικές που μειώνουν δραστικά τον σχηματισμό σκουριάς σε μεταλλικά μέρη. Ανάμεσά τους μπορούμε να ξεχωρίσουμε κάποιες, όπως π.χ καθοδική και ανοδική προστασία, αντιδιαβρωτικές επιστρώσεις και αναστολείς διάβρωσης.
Στην καθοδική προστασία, το μέταλλο που ενδιαφέρει προστατεύεται από ένα μέταλλο ευκολότερης οξείδωσης (χαμηλότερο δυναμικό αναγωγής) που εισάγεται στη δομή του, το οποίο δημιουργεί ένα γαλβανικό στοιχείο. Με αυτόν τον τρόπο, το μέταλλο που εισάγεται λειτουργεί ως άνοδος, οξειδώνεται και στη συνέχεια προστατεύει τη μεταλλική δομή που μας ενδιαφέρει, η οποία λειτουργεί ως κάθοδος και παραμένει στη μειωμένη (μεταλλική) μορφή της. Η εισαγόμενη άνοδος είναι κοινώς γνωστή, σε αυτή την τεχνική, ως «θυσιαστικό μέταλλο», ακριβώς επειδή οξειδώνεται στη θέση ενός άλλου.
Η χρήση επιστρώσεων εμποδίζει τη μεταλλική δομή να έρθει σε επαφή με το οξειδωτικό περιβάλλον, δημιουργώντας έτσι ένα φράγμα που θα εμποδίσει ή και θα αποτρέψει το σχηματισμό σκουριάς. Ένα παράδειγμα είναι τα εποξειδικά χρώματα και ο κόκκινος μόλυβδος, που προστατεύουν μεταξύ άλλων σωλήνες, κάγκελα, πύλες. Μια άλλη γνωστή επίστρωση είναι ο γαλβανισμός, ο οποίος συνίσταται στην επίστρωση του τεμαχίου σιδήρου με ένα λιγότερο ευγενές μέταλλο. Αυτή είναι η περίπτωση των γαλβανισμένων βιδών, στις οποίες η δομή του σιδήρου είναι επικαλυμμένη με μέταλλο ψευδαργύρου.
Οι αναστολείς διάβρωσης είναι χημικές ουσίες, οργανικής ή ανόργανης φύσης, οι οποίες προστίθενται στο περιβάλλον για να αποτρέψουν τη διαδικασία σχηματισμού σκουριάς. Η ιδέα είναι να δημιουργηθούν προϊόντα στο μέσο που σχηματίζουν προστατευτικές μεμβράνες και λειτουργούν ως φράγμα στο μέταλλο, καθιστώντας δύσκολη την επαφή με το οξειδωτικό μέσο. Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τους τρόπους πρόληψης της σκουριάς, κάντε κλικ εδώ.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ σκουριάς και διάβρωσης;
Η σκουριά είναι στην πραγματικότητα η ουσία που σχηματίζεται κατά τη διαδικασία διάβρωσης του σιδήρου και των κραμάτων του, όπως ο χάλυβας. Η διάβρωση είναι ευρύτερη, καθώς αφορά όλες τις διαδικασίες αυθόρμητης καταστροφής μετάλλων και κραμάτων, προκαλείται από χημικές, βιοχημικές και ηλεκτροχημικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ μετάλλων και κραμάτων με το περιβάλλον περιβάλλον. Κατά τη διάβρωση, τα μέταλλα μετατρέπονται σε θερμοδυναμικά πιο σταθερές ενώσεις όπως οξείδια, υδροξείδια, άλατα ή ανθρακικά. Επομένως, μπορούμε να το πούμε αυτό ο σχηματισμός σκουριάς είναι μια από τις διαδικασίες διάβρωσης.
Μερικοί συγγραφείς λένε ότι η σκουριά είναι συνέπεια της διαδικασίας της υγρής διάβρωσης ή διάβρωσης ηλεκτροχημεία, αφού μια τέτοια διαδικασία χρειάζεται την παρουσία νερού για να συμβεί και συμβαίνει αυθόρμητα.
Πηγές
AZ ΣΚΟΥΡΙΑ. Τι είναι η σκουριά και οι πιο συνηθισμένοι τύποι σκουριάς. AZ Rust, c2023. Διαθέσιμο σε: https://azrust.com/what-is-rust/.
ΚΑΡΝΕΙΡΟ, Γ. Οι δαπάνες για τον περιορισμό της διάβρωσης του χάλυβα επηρεάζουν το 4% του ΑΕΠ της Βραζιλίας. SEGS, 2022. Διαθέσιμο σε: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ CURTISS-WRIGHT. Τύποι σκουριάς και πώς η επεξεργασία της μεταλλικής επιφάνειας μπορεί να βοηθήσει στην πρόληψη της οξείδωσης. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Διαθέσιμο σε: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
ΜΕΡΣΙΕΡ, Τζ. Π.; ΖΑΜΠΕΛΛΗ, Γ.; KURZ, W. Διάβρωση, υποβάθμιση και γήρανση. Σε: Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υλικών, Π. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; ΓΚΙΜΑΡΕΣ, Π. Εγώ. W.; MAINIER, F. ΣΙ. Διάβρωση: Ένα συνηθισμένο παράδειγμα ενός χημικού φαινομένου. Νέα Χημεία στο Σχολείο. n. 19, 2004. Διαθέσιμο σε: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, β. Οχι. Μηχανική Διάβρωσης: Αρχές και λυμένα προβλήματα. Οξφόρδη: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. ΦΑ.; ΠΕΡΕΙΡΑ, Μ. W.; CODARO, Ε. Ν.; ACCIARI, H. ΕΝΑ. Διάβρωση ανθρακούχου χάλυβα: μια καθημερινή προσέγγιση στη διδασκαλία της χημείας. Νέα Χημεία, v. 38, αρ. 2, σελ. 293-296, 2015. Διαθέσιμο σε: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Του Stefano Araujo Novais
Καθηγητής Χημείας
