Ruoste Se on punertavanruskea tahra, joka ilmestyy rauta- tai rautapitoisille pinnoille, kun ne altistuvat ilmalle ja kosteudelle. Koska metallirauta on epästabiili kosketuksessa ilman kanssa, se muodostuu metallisen raudan hapettuessa rautaoksideiksi tai -hydroksideiksi, joita yleisesti edustaa kemiallinen kaava FeOOH.
Ruoste on suuri ongelma yhteiskunnalle, koska se vahingoittaa merkittävästi rakenteita, kuten muun muassa siltoja, rakennuksia, ajoneuvoja, moottoreita, jotka vaativat suuria korjaus- ja korjauskustannuksia huolto. Ruoste on eräänlainen korroosio, metallien ja metalliseosten tuhoutumisen spontaani ilmiö. Tällä hetkellä käytetään useita tekniikoita, kuten galvanointia, vähentämään ruosteen muodostumisen vaikutuksia.
Lue myös: Miten suolailma liittyy metallien korroosioon?
ruoste yhteenveto
Ruosteelle on ominaista punaruskeat tahrat, jotka muodostuvat rautapinnoille ja rautaseoksille, jotka ovat kosketuksissa ilman ja kosteuden kanssa.
Ruostetta muodostuu, kun rauta, joka on epävakaa ilmakehän hapen läsnä ollessa, hapettuu rautaoksideiksi ja -hydroksideiksi.
Sitä voidaan esittää yleisellä kemiallisella kaavalla FeOOH.
Ruosteen pääkomponentti on hydratoitu rauta III oksidi, Fe2O3∙H2O.
Ruoste on suuri ongelma maille ja yrityksille, koska huolto- ja korjauskustannukset ovat korkeat.
Se aiheuttaa suuria rakenteellisia vaikutuksia, koska se heikentää metallirakenteita mekaanisesti.
On olemassa tekniikoita ruosteen vähentämiseksi tai lieventämiseksi, kuten katodisuojaus ja galvanointi.
Ruosteen muodostuminen on eräänlaista korroosiota.
Mikä aiheuttaa ruostetta?
Ruoste on a punaruskea tahra, joka ilmestyy metallipinnoille, erityisesti rauta- ja rautaseoksille, kun ne altistuvat ilmakehään tai upotetaan luonnonvesiin. Siinä tapauksessa, metallista rautaa (Fe) hapettuu oksidien seokseksi (Fe2O3∙H2O ja Fe3O4) ja hydroksidit (Fe(OH)2, Fe(OH)3) rautaa, joita edustaa myös yleisesti FeOOH-kaava, joka pyrkii kondensoimaan kaikki ruosteessa olevat rautafaasit.
Ruostetta aiheuttava prosessi tunnetaan kemiallisesti korroosiona., seuraus ympäristön vaikutuksesta materiaaliin, mikä johtaa sen huononemiseen sen pinnasta alkaen.
Miten ruoste syntyy?
Metallirauta on termodynaamisesti epästabiili happikaasun läsnä ollessa., joka muodostaa noin 20 % ilmakehästämme ja on väliaine, jolle tällainen metalli altistuu useimmin.
Näissä olosuhteissa sen oksidi muodostaa FeO: ta (rautaoksidi II), Fe2O3 (rauta III oksidi) ja Fe3O4 (Rauta II, III oksidi). Veden läsnäolo tekee väliaineesta entistä aggressiivisemman, mikä edistää ruosteen muodostumista (FeOOH). Aivan kuten emäksiset suolat ja hydroksidit tarvitsevat vettä muodostukseensa, ruoste, oksidien ja hydroksidien seos, tarvitsee myös vettä, mikä tekee suhteellisen kosteuden roolin selväksi:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
Alueilla, joilla ilman suhteellinen kosteus on korkea, ns. korroosiokalun muodostuminen on yleistä., johtuen kokonaan tai osittain metallipinnalle tiivistyvän (nesteytyvän) vesikerroksen muodostumisesta.
Tässä tapauksessa meidän on kiinnitettävä huomiota kyseessä olevien lajien standardeihin vähennysmahdollisuuksiin:
Usko2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Usko3+ (täällä)/Fe2+ (vesi): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (vesi): E° = 0,82 V
Arvot sen osoittavat Prosessi, jossa Fe hapetetaan O: lla, on kemiallisesti spontaani.2 veteen liuotettuna, koska raudalla on pienempi standardipelkistyspotentiaali. Siksi meidän on:
Fe(t) → Fe2+ (aq) + 2 ja–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 ja– → 4OH– (tässä)
Lyhyesti, Ruosteen muodostuminen voidaan antaa muodossa:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Vaikka hapen pitoisuus ilmassa on vakio, sen liukoisuus veteen on alhainen (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O 20 °C: ssa), joka kuluu nopeasti teräspinnalle (metalliseos, joka koostuu pääasiassa raudasta ja hiilestä). Vaikka ilma täydentyy jatkuvasti, tämän hapen on kuljetettava joka hetki kerroksen läpi paksumpi ruostekerros osuu uudelleen teräkseen, mikä hidastaa ruosteen nopeutta ajan myötä. korroosio.
ruosteen tyypit
Ruosteen väri vaihtelee hapen ja kosteuden mukaan.
Punainen ruoste: runsaasti Fe2O3∙H2O (hydratoitu rauta III oksidi) esiintyy ympäristöissä, joissa on korkea hapetus ja kosteus, ja se on yleisin muoto ja muodostuu tasaisesti.
Keltainen ruoste: runsaasti FeO(OH)H: ta2O (tai Fe(OH)3), esiintyy korkean kosteuden ympäristöissä, yleensä metalleissa, joissa on suuria määriä seisovaa vettä, kuten pesualtaiden ja kylpyammeiden lähellä.
musta ruoste: runsaasti Fe3O4, esiintyy ympäristöissä, joissa happipitoisuus on alhainen ja kosteus on kohtalainen. Se näyttää mustilta täpliltä, joita ei synny nopeasti, ja siksi sitä on helppo torjua.
ruskea ruoste: runsaasti Fe2O3, esiintyy ympäristöissä, joissa on korkea happipitoisuus ja alhainen kosteus (jopa ilman). Tästä johtuen se on paljon kuivempi ruostetyyppi, jota ei esiinny tasaisesti, vaan tietyissä pinnan kohdissa.
Katso myös: Mitkä ovat korroosiotyypit?
Ruosteen kemiallinen koostumus
Yleensä niin sanotaan Ruoste koostuu hydratoidusta rauta III -oksidista (Fe2O3∙H2O), mutta voidaan ymmärtää, että sen koostumuksessa on muita rautalajeja. kuin rautaa se on metallia vähän stabiili kosketuksessa ilman hapen kanssa, on normaalia, että tämän metallin osat muodostavat ohuen kerroksen Fe3O4 (magnetiitti) sen pinnalla. Jatkuva kosketus ilman ja kosteuden hapen kanssa aiheuttaa muita hapettuneita lajeja, kuten FeOOH, kiteisissä muodoissa α-FeOOH (goetiitti) ja γ-FeOOH (lepidokrosiitti). Nämä lajit menevät päällekkäin kerroksittain pitkin ruostetta.
ruosteen seuraukset
Ruosteen muodostumisprosessi on korroosion alueella., ongelma, jolla on suuri vaikutus teollisuusmaiden ja kehittyneiden maiden talouksiin.
On arvioitu, että noin 30 % maailman raudan ja teräksen tuotannosta menetetään korroosion vuoksi., kustannukset, jotka voivat vastata 1–5 prosenttia maiden BKT: sta. Esimerkiksi vuonna 2019 Brasilia käytti noin 290 miljardia BRL (noin 4 % bruttokansantuotteestaan) korroosion huoltoon.
Rakenteiden ylläpitokustannukset ovat välttämättömiä, koska uusiminen voi olla kalliimpaa ja lisäksi ruoste aiheuttaa vakavia vahinkoja rakenneturvallisuudelle. Hapettaessa metalli menettää hyvät mekaaniset ominaisuutensa. Muodostuneet oksidit ovat yleensä hauraita ja voivat vaarantaa osia, rakenteita ja laitteita. Paitsi että ne voivat myös saastuttaa pakatun tuotteen, jos kyseessä on esimerkiksi ruoka.
Ruosteisten osien vaihtamisesta ja huollosta aiheutuvien suorien kustannusten lisäksi ruostetta voi myös tuoda välillisiä ongelmia. Rakenne, kuten silta tai ylikulkusilta, joka on suljettava huoltoa varten, voi aiheuttaa suuria häiriöitä ihmisten liikkumiseen, mikä vaikuttaa yhteisöihin ja työrutiineihin. Ruosteiset koneet voivat menettää tehokkuutta tai ne voidaan poistaa tuotantolinjalta huoltoa varten, mikä heikentää tuottavuutta.
Kuinka välttää ruostetta?
Tällä hetkellä on jo olemassa antioksidantti- tai korroosionestotekniikoita, jotka vähentävät merkittävästi ruosteen muodostumista metalliosissa. Niistä voimme korostaa joitain, kuten katodinen ja anodinen suojaus, korroosionestopinnoitteet ja korroosionestoaineet.
Katodisessa suojauksessa kiinnostavaa metallia suojataan sen rakenteeseen lisätyllä helpommin hapettuvalla metallilla (alempi pelkistyspotentiaali), joka synnyttää galvaanisen kennon. Tällä tavalla sisään asetettu metalli toimii anodina, hapettuu ja suojaa sitten kiinnostavaa metallirakennetta, joka toimii katodina ja pysyy pelkistetyssä (metallisessa) muodossaan. Asennettu anodi tunnetaan tässä tekniikassa yleisesti "uhrimetallina", juuri siksi, että se hapettuu toisen tilalle.
Pinnoitteiden käyttö estää metallirakennetta joutumasta kosketuksiin hapettavan ympäristön kanssa, jolloin muodostuu este, joka estää tai jopa estää ruosteen muodostumisen. Esimerkkinä ovat epoksidimaalit ja punainen lyijy, jotka suojaavat muun muassa putkia, kaiteita, portteja. Toinen tunnettu pinnoite on galvanointi, joka koostuu rautakappaleen pinnoittamisesta vähemmän jalometallilla. Tämä koskee galvanoituja ruuveja, joissa rautarakenne on päällystetty sinkkimetallilla.
Korroosionestoaineet ovat orgaanisia tai epäorgaanisia kemiallisia aineita, joita lisätään ympäristöön ruosteen muodostumisen estämiseksi. Ajatuksena on tuottaa väliaineeseen tuotteita, jotka muodostavat suojakalvoja ja toimivat metallin esteenä tehden kosketuksen hapettavan väliaineen kanssa vaikeaksi. Saat lisätietoja ruosteenestomenetelmistä napsauttamalla tässä.
Mitä eroa on ruosteella ja korroosiolla?
Ruoste on itse asiassa raudan ja sen seosten, kuten teräksen, korroosioprosessissa muodostunut aine. Korroosio on laajempi, koska se koskee kaikkia metallien ja metalliseosten spontaanin tuhoutumisen prosesseja, aiheutuvat metallien ja metalliseosten kemiallisista, biokemiallisista ja sähkökemiallisista vuorovaikutuksista ympäristön kanssa ympäristöön. Korroosion aikana metallit muuttuvat termodynaamisesti stabiileiksi yhdisteiksi, kuten oksideiksi, hydroksideiksi, suoloiksi tai karbonaateiksi. Siksi voimme sanoa niin ruosteen muodostuminen on yksi korroosioprosesseista.
Jotkut kirjoittajat sanovat, että ruoste on seurausta märkäkorroosion tai korroosion prosessista sähkökemiaa, koska tällainen prosessi tarvitsee veden läsnäoloa ja se tapahtuu spontaanisti.
Lähteet
AZ RUST. Mikä on ruoste ja yleisimmät ruostetyypit. AZ Rust, c2023. Saatavilla: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Teräskorroosion hillitsemiseen käytetyt menot vaikuttavat 4 prosenttiin Brasilian BKT: sta. SEGS, 2022. Saatavilla: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT PINTATEKNIIKAT. Ruostetyypit ja kuinka metallin pintakäsittely voi auttaa estämään hapettumista. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Saatavilla: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korroosio, hajoaminen ja vanheneminen. Sisään: Johdatus materiaalitieteeseen, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARAES, P. i. W.; MAINER, F. B. Korroosio: tavallinen esimerkki kemiallisesta ilmiöstä. Uusi kemia koulussa. n. 19, 2004. Saatavilla: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, s. Ei. Korroosiotekniikka: Periaatteet ja ratkaistut ongelmat. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Hiiliteräksen korroosio: jokapäiväinen lähestymistapa kemian opetuksessa. Uusi kemia, v. 38, nro. 2, s. 293-296, 2015. Saatavilla: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Kirjailija: Stefano Araujo Novais
Kemian opettaja