hrđati To je crvenkasto-smeđa mrlja koja se pojavljuje na željeznim ili željeznim površinama kada su izložene zraku i vlazi. Budući da je metalno željezo nestabilno u dodiru sa zrakom, nastaje oksidacijom metalnog željeza u željezne okside ili hidrokside, koji se obično predstavljaju kemijskom formulom FeOOH.
Hrđa je veliki problem za društvo jer značajno oštećuje strukture kao što su mostovi, zgrade, vozila, motori, između ostalog, zahtijevaju velike troškove popravka i održavanje. Hrđa je vrsta korozije, spontana pojava razaranja metala i legura. Trenutno se koristi nekoliko tehnika, kao što je galvanizacija, za smanjenje utjecaja stvaranja hrđe.
Pročitajte također: Kako je slani zrak povezan s korozijom metala?
hrđa sažetak
Hrđu karakteriziraju crvenkasto-smeđe mrlje koje se stvaraju na površinama željeza i željeznih legura koje su u dodiru sa zrakom i vlagom.
Hrđa nastaje kada se željezo, koje je nestabilno u prisutnosti atmosferskog kisika, oksidira u željezne okside i hidrokside.
Može se prikazati općom kemijskom formulom FeOOH.
Glavna komponenta hrđe je hidratizirani željezo III oksid, Fe2O3∙H2O.
Hrđa je veliki problem za zemlje i tvrtke, jer su troškovi održavanja i popravka visoki.
Uzrokuje velike strukturne udare, jer mehanički slabi metalne strukture.
Postoje tehnike za smanjenje ili ublažavanje hrđe, kao što su katodna zaštita i galvanizacija.
Stvaranje hrđe je vrsta korozije.
Što uzrokuje hrđu?
Hrđa je a crvenkasto-smeđa mrlja koja se pojavljuje na metalnim površinama, točnije na željezu i željeznim legurama, kada su izložene atmosferi ili uronjene u prirodne vode. U tom slučaju, metalno željezo (Fe) se oksidira u smjesu oksida (Fe2O3∙H2O i Fe3O4) i hidroksidi (Fe(OH)2, Fe(OH)3) željeza, koji se također obično predstavljaju formulom FeOOH, koja nastoji kondenzirati sve faze željeza prisutne u hrđi.
Proces koji uzrokuje hrđu kemijski je poznat kao korozija., posljedica djelovanja okoline na materijal, što dovodi do njegovog propadanja, počevši od njegove površine.
Kako nastaje hrđa?
Metalno željezo je termodinamički nestabilno u prisutnosti plinovitog kisika., koji čini oko 20% naše atmosfere i medij je u kojem je takav metal najčešće izložen.
Pod tim uvjetima, njegov oksid tvori FeO (željezni oksid II), Fe2O3 (željezov III oksid) i Fe3O4 (Željezni II, III oksid). Prisutnost vode čini medij još agresivnijim, pogodujući stvaranju hrđe (FeOOH). Baš kao što bazične soli i hidroksidi trebaju vodu za svoje formiranje, hrđa, mješavina oksida i hidroksida, također treba vodu, čime je uloga relativne vlažnosti jasna:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
U područjima visoke relativne vlažnosti zraka uobičajeno je stvaranje tzv. korozijskog hrpa., zbog stvaranja sloja vode koji se u cijelosti ili djelomično kondenzira (ukapljuje) na površini metala.
U ovom slučaju, moramo obratiti pozornost na standardne redukcijske potencijale uključenih vrsta:
Vjera2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Vjera3+ (ovdje)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Vrijednosti to pokazuju Proces u kojem se Fe oksidira pomoću O kemijski je spontan.2 otopljen u vodi, budući da željezo ima niži standardni redukcijski potencijal. Stoga moramo:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 i–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 i– → 4OH– (ovdje)
Ukratko, Stvaranje hrđe može se dati kao:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Iako je koncentracija kisika u zraku konstantna, njegova topljivost u vodi je niska (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O na 20 °C), koji se brzo troši na površini čelika (metalna legura sastavljena uglavnom od željeza i ugljika). Iako se stalno nadopunjuje zrakom, ovaj kisik u svakom trenutku mora proći kroz sloj deblji sloj hrđe za ponovno udaranje čelika, što usporava brzinu hrđe tijekom vremena. korozija.
vrste hrđe
Hrđa će varirati u boji ovisno o količini kisika i vlage.
Crvena hrđa: bogat Fe2O3∙H2O (hidratirani željezov III oksid), pojavljuje se u okruženjima visoke oksigenacije i vlažnosti, budući da je najčešći oblik, formirajući se jednolično.
Žuta hrđa: bogat FeO(OH)H2O (ili Fe(OH)3), javlja se u okruženjima visoke vlažnosti, obično u metalima koji se nalaze uz velike količine stajaće vode, poput umivaonika i kada.
crna hrđa: bogat Fe3O4, javlja se u okruženjima niske koncentracije kisika i umjerene vlažnosti. Pojavljuje se kao crne mrlje, ne nastaju brzo, pa se s njom lako boriti.
smeđa hrđa: bogat Fe2O3, javlja se u okruženjima s visokom koncentracijom kisika i niskom vlagom (čak i bez). Zbog toga je to mnogo suša vrsta hrđe, koja se ne pojavljuje ravnomjerno, već u određenim točkama na površini.
Vidi također: Koje su vrste korozije?
Kemijski sastav hrđe
Obično se kaže da hrđa se sastoji od hidratiziranog željezovog III oksida (Fe2O3∙H2O), ali se može razumjeti da su u njegovom sastavu prisutne i druge vrste željeza. poput željeza to je metal malo stabilan u dodiru s kisikom u zraku, normalno je da dijelovi ovog metala tvore tanki sloj Fe3O4 (magnetit) na njegovoj površini. Stalni kontakt s kisikom u zraku i vlagom dovodi do drugih oksidiranih vrsta, kao što je FeOOH, u kristalnim oblicima α-FeOOH (goetit) i γ-FeOOH (lepidokrokit). Ove se vrste preklapaju u slojevima duž hrđe.
posljedice hrđe
Proces stvaranja hrđe je unutar polja korozije., problem velikog utjecaja na gospodarstva industrijaliziranih i razvijenih zemalja.
Procjenjuje se da se oko 30% svjetske proizvodnje željeza i čelika gubi zbog korozije., trošak koji može odgovarati 1 do 5% BDP-a zemalja. Na primjer, 2019. Brazil je potrošio oko 290 milijardi BRL (oko 4% svog BDP-a) na održavanje zaštite od korozije.
Troškovi održavanja konstrukcija su nužni, jer zamjena može biti skuplja, a osim toga, hrđa ozbiljno narušava sigurnost konstrukcije. Prilikom oksidacije metal gubi dobra mehanička svojstva. Nastali oksidi općenito su krti i mogu ugroziti dijelove, strukture i opremu. I ne samo to, oni također mogu kontaminirati zapakirani proizvod, ako je to, na primjer, hrana.
Osim izravnih troškova zamjene i održavanja zahrđalih dijelova, hrđa također može donijeti neizravne probleme. Struktura poput mosta ili nadvožnjaka, koju treba zatvoriti zbog održavanja, može uzrokovati velike poremećaje u kretanju ljudi, utjecati na zajednice i radnu rutinu. Zahrđali strojevi mogu izgubiti učinkovitost ili se ukloniti s proizvodne linije radi održavanja, čime se smanjuje produktivnost.
Kako izbjeći hrđu?
Trenutno već postoje antioksidativne ili antikorozivne tehnike koje drastično smanjuju stvaranje hrđe na metalnim dijelovima. Među njima možemo istaknuti neke, kao npr katodna i anodna zaštita, antikorozivni premazi i inhibitori korozije.
U katodnoj zaštiti, metal od interesa je zaštićen metalom lakše oksidacije (niži redukcijski potencijal) umetnutim u njegovu strukturu, što dovodi do galvanskog članka. Na taj način umetnuti metal djeluje kao anoda, oksidira, a zatim štiti metalnu strukturu od interesa, koja djeluje kao katoda i ostaje u svom reduciranom (metalnom) obliku. Umetnuta anoda je općenito poznata, u ovoj tehnici, kao "žrtveni metal", upravo zato što oksidira umjesto druge.
Upotrebom premaza sprječava se kontakt metalne konstrukcije s oksidativnom okolinom, čime se stvara barijera koja će spriječiti ili čak spriječiti stvaranje hrđe. Primjer su epoksidne boje i crveno olovo, koje štite cijevi, ograde, vrata, između ostalog. Drugi poznati premaz je galvanizacija, koja se sastoji od presvlačenja željeznog komada manje plemenitim metalom. To je slučaj pocinčanih vijaka, kod kojih je željezna konstrukcija obložena metalom cinka.
Inhibitori korozije su kemijske tvari, organske ili anorganske prirode, koje se dodaju u okoliš kako bi se spriječio proces stvaranja hrđe. Ideja je stvoriti proizvode u mediju koji stvaraju zaštitne filmove i djeluju kao barijera za metal, otežavajući kontakt s oksidirajućim medijem. Da biste saznali više o načinima sprječavanja hrđe, kliknite ovdje.
Koja je razlika između hrđe i korozije?
Hrđa je zapravo tvar nastala tijekom procesa korozije željeza i njegovih legura, poput čelika. Korozija je šira jer se odnosi na sve procese spontanog razaranja metala i legura, uzrokovane kemijskim, biokemijskim i elektrokemijskim interakcijama između metala i legura s okolišem okoliš. Tijekom korozije metali se pretvaraju u termodinamički stabilnije spojeve kao što su oksidi, hidroksidi, soli ili karbonati. Stoga možemo reći da stvaranje hrđe jedan je od procesa korozije.
Neki autori kažu da je hrđa posljedica procesa mokre korozije ili korozije elektrokemija, budući da je za takav proces potrebna prisutnost vode i to se događa spontano.
Izvori
AZ RĐA. Što je hrđa i najčešći tipovi hrđe. AZ Rust, c2023. Dostupno u: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Potrošnja za suzbijanje korozije čelika utječe na 4% brazilskog BDP-a. SEGS, 2022. Dostupno u: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT POVRŠINSKE TEHNOLOGIJE. Vrste hrđanja i kako obrada metalne površine može spriječiti oksidaciju. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Dostupno u: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korozija, degradacija i starenje. U: Uvod u znanost o materijalima, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. ja W.; MAINIER, F. B. Korozija: uobičajeni primjer kemijskog fenomena. Nova kemija u školi. n. 19, 2004. Dostupno u: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, rođ. Ne. Inženjerstvo korozije: Načela i riješeni problemi. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Korozija ugljičnog čelika: svakodnevni pristup nastavi kemije. Nova kemija, v. 38, br. 2, str. 293-296, 2015. Dostupno u: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Autor Stefano Araujo Novais
Profesor kemije
