Rooste See on punakaspruun plekk, mis tekib raud- või raudpindadele, kui need puutuvad kokku õhu ja niiskusega. Kuna metalliraud on õhuga kokkupuutel ebastabiilne, tekib see metallilise raua oksüdeerumisel raudoksiidideks või hüdroksiidideks, mida tavaliselt esindab keemiline valem FeOOH.
Rooste on ühiskonna jaoks suur probleem, kuna see kahjustab oluliselt struktuure nagu sillad, hooned, sõidukid, mootorid jm, mis nõuavad suuri kulutusi remondi- ja hooldus. Rooste on teatud tüüpi korrosioon, metallide ja sulamite hävimise spontaanne nähtus. Praegu kasutatakse rooste tekkimise mõjude vähendamiseks mitmeid tehnikaid, näiteks galvaniseerimist.
Loe ka: Kuidas on soolane õhk seotud metallide korrosiooniga?
rooste kokkuvõte
Roostet iseloomustavad rauapindadele tekkivad punakaspruunid plekid ning õhu ja niiskusega kokkupuutuvad rauasulamid.
Rooste tekib siis, kui raud, mis on õhuhapniku juuresolekul ebastabiilne, oksüdeerub raudoksiidideks ja hüdroksiidideks.
Seda saab esitada üldise keemilise valemiga FeOOH.
Rooste põhikomponent on hüdraatunud raud-III oksiid, Fe2O3∙H2O.
Rooste on riikide ja ettevõtete jaoks suureks probleemiks, kuna hooldus- ja remondikulud on suured.
See põhjustab suuri konstruktsioonimõjusid, kuna nõrgestab mehaaniliselt metallkonstruktsioone.
Rooste vähendamiseks või leevendamiseks on tehnikaid, näiteks katoodkaitse ja galvaniseerimine.
Rooste moodustumine on teatud tüüpi korrosioon.
Mis põhjustab roostet?
Rooste on a punakaspruun plekk, mis ilmub metallpindadele, täpsemalt rauale ja rauasulamitele, kui need puutuvad kokku atmosfääriga või sukelduvad looduslikesse vette. Sellisel juhul, metallist raud (Fe) oksüdeeritakse oksiidide seguks (Fe2O3∙H2O ja Fe3O4) ja hüdroksiidid (Fe(OH)2, Fe(OH)3) rauast, mida tavaliselt esindab ka FeOOH valem, mille eesmärk on kondenseerida kõik roostes esinevad rauafaasid.
Roostet põhjustavat protsessi nimetatakse keemiliselt korrosiooniks., keskkonna mõju materjalile, mis põhjustab selle pinnast alates selle halvenemist.
Kuidas rooste tekib?
Metallraud on gaasilise hapniku juuresolekul termodünaamiliselt ebastabiilne., mis moodustab umbes 20% meie atmosfäärist ja on keskkond, milles selline metall kõige sagedamini kokku puutub.
Nendes tingimustes moodustab selle oksiid FeO (raudoksiid II), Fe2O3 (raud III oksiid) ja Fe3O4 (raud II, III oksiid). Vee olemasolu muudab keskkonna veelgi agressiivsemaks, soodustades rooste (FeOOH) teket.. Nii nagu aluselised soolad ja hüdroksiidid vajavad moodustamiseks vett, vajab vett ka rooste, oksiidide ja hüdroksiidide segu, mis teeb suhtelise õhuniiskuse rolli selgeks:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
Kõrge suhtelise õhuniiskusega piirkondades on nn korrosioonihunniku moodustumine tavaline., mille põhjuseks on täielikult või osaliselt metalli pinnale kondenseeruva (vedelduva) veekihi moodustumine.
Sel juhul peame pöörama tähelepanu asjaomaste liikide standardsele vähendamise potentsiaalile:
Usk2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Usk3+ (siin)/Fe2+ (vesi): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (vesi): E° = 0,82 V
Väärtused näitavad seda Protsess, mille käigus Fe oksüdeeritakse O-ga, on keemiliselt spontaanne.2 vees lahustatud, kuna raual on madalam standardne redutseerimispotentsiaal. Seetõttu peame:
Fe(d) → Fe2+ (aq) + 2 ja–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 ja– → 4OH– (siin)
Põgusalt, Rooste teket võib anda kui:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (vesi) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Kuigi hapniku kontsentratsioon õhus on konstantne, on selle lahustuvus vees madal (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O temperatuuril 20 °C), mis kulub kiiresti teraspinnal (metallisulam, mis koosneb peamiselt rauast ja süsinikust). Kuigi see hapnik täieneb pidevalt õhuga, peab see hapnik igal hetkel läbima kihi paksemat roostekihti, et uuesti vastu terast lüüa, mis aeglustab aja jooksul rooste levimise kiirust. korrosioon.
rooste tüübid
Rooste värvus varieerub sõltuvalt hapniku ja niiskuse hulgast.
Punane rooste: rikas Fe2O3∙H2O (hüdraatunud raud-III oksiid) esineb kõrge hapnikusisalduse ja niiskusega keskkondades, olles kõige levinum vorm, moodustades ühtlaselt.
Kollane rooste: rikas FeO(OH)H poolest2O (või Fe(OH)3), esineb kõrge õhuniiskusega keskkondades, tavaliselt metallides, mida leidub suures koguses seisva veega, näiteks valamute ja vannide läheduses.
must rooste: rikas Fe3O4, esineb madala hapnikusisaldusega ja mõõduka õhuniiskusega keskkondades. Tundub mustade laikudena, mida ei teki kiiresti ja seetõttu on sellega lihtne võidelda.
pruun rooste: rikas Fe2O3, esineb kõrge hapnikukontsentratsiooniga ja madala õhuniiskusega keskkondades (isegi ilma). Seetõttu on see palju kuivemat tüüpi rooste, mis ei esine ühtlaselt, vaid teatud pinnapunktides.
Vaata ka: Millised on korrosiooni tüübid?
Rooste keemiline koostis
Tavaliselt öeldakse, et rooste koosneb hüdraatunud raud-III oksiidist (Fe2O3∙H2O), kuid võib mõista, et selle koostises on ka teisi raualiike. nagu raud see on metall kokkupuutel õhuhapnikuga vähe stabiilne, on normaalne, et selle metalli osad moodustavad õhukese Fe kihi3O4 (magnetiit) selle pinnal. Pidev kontakt õhus ja niiskuses sisalduva hapnikuga põhjustab teisi oksüdeerunud liike, nagu FeOOH, kristallvormides α-FeOOH (goetiit) ja γ-FeOOH (lepidokrociit). Need liigid kattuvad kihtidena piki roostet.
rooste tagajärjed
Rooste moodustumise protsess on korrosiooni valdkonnas., probleem, millel on suur mõju tööstus- ja arenenud riikide majandustele.
Hinnanguliselt läheb umbes 30% maailma raua- ja terasetoodangust korrosiooni tõttu kaotsi., kulu, mis võib vastata 1–5% riikide SKTst. Näiteks 2019. aastal kulutas Brasiilia korrosioonihooldusele umbes 290 miljardit BRL (umbes 4% oma SKTst).
Konstruktsioonide hoolduskulud on vajalikud, kuna asendamine võib olla kallim ja lisaks põhjustab rooste tõsist kahju konstruktsiooniohutusele. Oksüdeerumisel kaotab metall oma head mehaanilised omadused. Moodustunud oksiidid on üldiselt rabedad ja võivad kahjustada osi, struktuure ja seadmeid. Vähe sellest, nad võivad saastada ka pakendatud toodet, kui see on näiteks toit.
Lisaks roostetanud osade vahetamise ja hooldamise otsestele kuludele rooste võib tuua ka kaudseid probleeme. Sellised ehitised nagu sild või viadukt, mis tuleb hoolduseks sulgeda, võivad põhjustada suuri häireid inimeste liikumises, mõjutades kogukondi ja töörutiini. Roostes masinad võivad kaotada efektiivsuse või need võivad hoolduseks tootmisliinilt eemaldada, vähendades seeläbi tootlikkust.
Kuidas roostet vältida?
Praegu on juba antioksüdatiivseid või korrosioonivastaseid tehnikaid, mis vähendavad drastiliselt rooste teket metallosadele. Nende hulgast võime esile tõsta mõned, näiteks katood- ja anoodkaitse, korrosioonivastased katted ja korrosiooniinhibiitorid.
Katoodkaitses kaitstakse huvipakkuvat metalli selle struktuuri sisestatud kergema oksüdatsioonivõimega (madalama redutseerimispotentsiaaliga) metalliga, mis tekitab galvaanilise elemendi. Sel viisil toimib sisestatud metall anoodina, oksüdeerub ja seejärel kaitseb huvipakkuvat metallstruktuuri, mis toimib katoodina ja jääb redutseeritud (metallilisele) kujule. Sisestatud anood on selles tehnikas üldiselt tuntud kui "ohvermetall", kuna see oksüdeerub teise asemel.
Pinnakate kasutamine takistab metallkonstruktsiooni kokkupuudet oksüdatiivse keskkonnaga, luues seeläbi barjääri, mis takistab või isegi takistab rooste teket. Näiteks on epoksiidvärvid ja punane plii, mis kaitsevad muu hulgas torusid, piirdeid, väravaid. Teine tuntud kate on galvaniseerimine, mis seisneb rauatüki katmises vähem väärismetalliga. See on galvaniseeritud kruvide puhul, mille raudkonstruktsioon on kaetud tsinkmetalliga.
Korrosiooniinhibiitorid on orgaanilist või anorgaanilist laadi keemilised ained, mida lisatakse keskkonda, et vältida rooste moodustumist. Idee on tekitada keskkonnas tooteid, mis moodustavad kaitsekile ja toimivad metallile barjäärina, muutes kokkupuute oksüdeeriva keskkonnaga keeruliseks. Rooste vältimise viiside kohta lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin.
Mis vahe on rooste ja korrosiooni vahel?
Rooste on tegelikult aine, mis tekib raua ja selle sulamite, näiteks terase korrosiooniprotsessis. Korrosioon on laiem, kuna see puudutab kõiki metallide ja sulamite spontaanse hävimise protsesse, põhjustatud keemilisest, biokeemilisest ja elektrokeemilisest vastasmõjust metallide ja sulamite vahel keskkonnaga keskkond. Korrosiooni käigus muudetakse metallid termodünaamiliselt stabiilsemateks ühenditeks nagu oksiidid, hüdroksiidid, soolad või karbonaadid. Seetõttu võime seda öelda rooste teke on üks korrosiooniprotsesse.
Mõned autorid ütlevad, et rooste on märja korrosiooni või korrosiooni protsessi tagajärg elektrokeemia, kuna selline protsess vajab toimumiseks vett ja see juhtub spontaanselt.
Allikad
AZ ROST. Mis on rooste ja kõige levinumad rooste tüübid. AZ Rust, c2023. Saadaval: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Terase korrosiooni ohjeldamiseks tehtud kulutused mõjutavad 4% Brasiilia SKTst. SEGS, 2022. Saadaval: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT PINNA TEHNOLOOGIAD. Roostetamise tüübid ja kuidas metalli pinnatöötlus aitab vältida oksüdatsiooni. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Saadaval: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korrosioon, lagunemine ja vananemine. In: Sissejuhatus materjaliteadusesse, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARAES, P. i. W.; MAINER, F. B. Korrosioon: tavaline näide keemilisest nähtusest. Uus keemia koolis. n. 19, 2004. Saadaval: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, sünd. Ei. Korrosioonitehnika: Põhimõtted ja lahendatud ülesanded. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Süsinikterase korrosioon: igapäevane lähenemine keemiaõpetuses. Uus keemia, v. 38, nr. 2, lk. 293-296, 2015. Saadaval: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Autor Stefano Araujo Novais
Keemia õpetaja