Rozsda Ez egy vörösesbarna folt, amely akkor jelenik meg a vas- vagy vastartalmú felületeken, amikor levegőnek és nedvességnek vannak kitéve. Mivel a fémvas instabil a levegővel érintkezve, a fémvas vas-oxidokká vagy -hidroxidokká történő oxidációja során keletkezik, amelyet általában a FeOOH kémiai képlet képvisel.
A rozsda komoly problémát jelent a társadalom számára, mivel jelentősen károsítja az olyan szerkezeteket, mint pl hidak, épületek, járművek, motorok, többek között, nagy kiadásokat igénylő javítási és karbantartás. A rozsda a korrózió egy fajtája, a fémek és ötvözetek pusztulásának spontán jelensége. Jelenleg számos technikát, például galvanizálást alkalmaznak a rozsdaképződés hatásainak csökkentésére.
Olvasd el te is: Hogyan kapcsolódik a sós levegő a fémek korróziójához?
rozsda összefoglaló
A rozsdát vörösesbarna foltok jellemzik, amelyek a vasfelületeken és a levegővel és nedvességgel érintkező vasötvözeteken képződnek.
Rozsda képződik, amikor a légköri oxigén jelenlétében instabil vas vas-oxidokká és -hidroxidokká oxidálódik.
A FeOOH általános kémiai képlettel ábrázolható.
A rozsda fő összetevője a hidratált vas-III-oxid, Fe2O3∙H2O.
A rozsda nagy problémát jelent az országok és a vállalatok számára, mivel a karbantartási és javítási költségek magasak.
Komoly szerkezeti hatásokat okoz, mivel mechanikailag gyengíti a fémszerkezeteket.
Vannak technikák a rozsda csökkentésére vagy enyhítésére, mint például a katódos védelem és a galvanizálás.
A rozsdaképződés a korrózió egy fajtája.
Mi okozza a rozsdát?
A rozsda a vörösesbarna foltok, amelyek fémfelületeken, pontosabban vason és vasötvözeteken jelennek meg, ha azokat a légkörnek teszik ki vagy természetes vizekbe merülnek. Ebben az esetben, fémvas (Fe) oxidok keverékévé oxidálódik (Fe2O3∙H2O és Fe3O4) és hidroxidok (Fe(OH)2, Fe(OH)3).
A rozsdát okozó folyamatot kémiailag korróziónak nevezik., a környezet anyagra gyakorolt hatásának következménye, ami a felületétől kezdve annak romlásához vezet.
Hogyan keletkezik a rozsda?
A fémvas oxigéngáz jelenlétében termodinamikailag instabil., amely a légkörünk mintegy 20%-át teszi ki, és ez az a közeg, amelyben az ilyen fémek leggyakrabban vannak kitéve.
Ilyen körülmények között oxidja FeO-t (vas-oxid II), Fe-t képez2O3 (vas-III-oxid) és Fe3O4 (Vas II, III oxid). A víz jelenléte a közeget még agresszívebbé teszi, elősegítve a rozsdaképződést (FeOOH). Ahogy a bázikus sóknak és a hidroxidoknak vízre van szükségük a képződésükhöz, úgy a rozsdának, az oxidok és hidroxidok keverékének is vízre van szüksége, egyértelművé téve a relatív páratartalom szerepét:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
A magas relatív páratartalmú területeken gyakori az úgynevezett korróziós halom kialakulása., a fémfelületen részben vagy egészben lecsapódó (folyósodó) vízréteg kialakulása miatt.
Ebben az esetben figyelnünk kell az érintett fajok standard redukciós potenciáljára:
Hit2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Hit3+ (itt)/Fe2+ (víz): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (víz): E° = 0,82 V
Az értékek ezt mutatják Az a folyamat, amelyben a vas oxidálódik O-val, kémiailag spontán folyamat.2 vízben oldva, mivel a vas alacsonyabb standard redukciós potenciállal rendelkezik. Ezért a következőket kell tennünk:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 és–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 és– → 4OH– (itt)
Röviden, A rozsdaképződés úgy adható meg:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Bár az oxigén koncentrációja a levegőben állandó, vízben való oldhatósága alacsony (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O 20 °C-on), amely gyorsan elfogy az acél felületén (főleg vasból és szénből álló fémötvözet). Bár a levegő folyamatosan pótolja, ennek az oxigénnek minden pillanatban át kell jutnia egy rétegen vastagabb rozsdaréteg, hogy ismét rácsapjon az acélra, ami idővel lelassítja a rozsda sebességét. korrózió.
rozsdafajták
A rozsda színe az oxigén és a nedvesség mennyiségétől függően változik.
Vörös rozsda: gazdag Fe2O3∙H2Az O (hidratált vas-III-oxid) magas oxigéntartalmú és páratartalmú környezetben fordul elő, a leggyakoribb forma, amely egyenletesen képződik.
Sárga rozsda: gazdag FeO(OH)H-ban2O (vagy Fe(OH)3), magas páratartalmú környezetben fordul elő, általában nagy mennyiségű állóvíz mellett található fémekben, például mosogatók és fürdőkádak közelében.
fekete rozsda: gazdag Fe3O4, alacsony oxigénkoncentrációjú és mérsékelt páratartalmú környezetben fordul elő. Fekete foltként jelenik meg, nem keletkezik gyorsan, ezért könnyen leküzdhető.
barna rozsda: gazdag Fe2O3, magas oxigénkoncentrációjú és alacsony páratartalmú környezetben fordul elő (még anélkül is). Emiatt sokkal szárazabb rozsdafajta, amely nem egyenletesen, hanem a felület meghatározott pontjain fordul elő.
Lásd még: Melyek a korrózió típusai?
A rozsda kémiai összetétele
Általában azt mondják A rozsda hidratált vas-III-oxidból (Fe2O3∙H2O), de érthető, hogy összetételében más vasfajták is jelen vannak. mint a vas ez egy fém kevéssé stabil érintkezésben a levegő oxigénjével, normális, hogy ennek a fémnek egyes részei vékony vasréteget képeznek3O4 (magnetit) a felületén. A levegőben és a páratartalomban lévő oxigénnel való állandó érintkezés más oxidált fajokat eredményez, mint például a FeOOH, α-FeOOH (goethit) és γ-FeOOH (lepidokrocit) kristályos formában. Ezek a fajok a rozsda mentén rétegesen átfedik egymást.
a rozsda következményei
A rozsdaképződés folyamata a korrózió területén belül van., amely nagy hatással van az iparosodott és fejlett országok gazdaságára.
Becslések szerint a világ vas- és acéltermelésének mintegy 30%-a elvész a korrózió miatt., amely költség az országok GDP-jének 1-5%-ának felelhet meg. 2019-ben például Brazília körülbelül 290 milliárd BRL-t (GDP-jének körülbelül 4%-át) költött a korrózióvédelemre.
A szerkezetek karbantartásának költségeire szükség van, mivel a csere költségesebb lehet, ráadásul a rozsda komoly károkat okoz a szerkezeti biztonságban. Az oxidáció során a fém elveszíti jó mechanikai tulajdonságait. A képződött oxidok általában törékenyek, és károsíthatják az alkatrészeket, szerkezeteket és berendezéseket. Nemcsak a csomagolt terméket is szennyezhetik, ha ez például élelmiszer.
A rozsdás alkatrészek cseréjének és karbantartásának közvetlen költségei mellett a rozsda közvetett problémákat is hozhat. Egy olyan építmény, mint a híd vagy egy felüljáró, amelyet karbantartás miatt le kell zárni, komoly fennakadásokat okozhat az emberek mozgásában, hatással lehet a közösségekre és a munkarutinra. A rozsdás gépek veszíthetnek hatékonyságukból, vagy karbantartás miatt lekerülhetnek a gyártósorról, így csökken a termelékenység.
Hogyan lehet elkerülni a rozsdát?
Jelenleg már léteznek antioxidáns vagy korróziógátló technikák, amelyek drasztikusan csökkentik a rozsdaképződést a fém alkatrészeken. Ezek közül kiemelhetünk néhányat, mint pl katódos és anódos védelem, korróziógátló bevonatok és korróziógátlók.
A katódos védelemben a kérdéses fémet egy könnyebb oxidációjú (alacsonyabb redukciós potenciálú) fém védi a szerkezetébe, amely galvanikus cellát eredményez. Ily módon a behelyezett fém anódként működik, oxidálódik, majd megvédi az érdeklődésre számot tartó fémszerkezetet, amely katódként működik, és redukált (fémes) formájában megmarad. A behelyezett anódot ebben a technikában „áldozati fémnek” nevezik, pontosan azért, mert egy másik helyett oxidálódik.
A bevonatok használata megakadályozza, hogy a fémszerkezet érintkezésbe kerüljön az oxidatív környezettel, így olyan gát keletkezik, amely akadályozza, vagy akár meg is akadályozza a rozsda kialakulását. Ilyen például az epoxid festékek és a vörös ólom, amelyek többek között a csöveket, korlátokat, kapukat védik. Egy másik ismert bevonat a galvanizálás, amely abból áll, hogy a vasdarabot kevésbé nemesfémmel vonják be. Ez a horganyzott csavarok esete, amelyeknél a vas szerkezete cink fémmel van bevonva.
A korróziógátlók olyan szerves vagy szervetlen természetű vegyi anyagok, amelyeket a környezetbe adnak a rozsdaképződés megelőzésére. Az ötlet az, hogy a közegben olyan termékeket állítsanak elő, amelyek védőfóliát képeznek, és gátat képeznek a fémnek, megnehezítve az oxidáló közeggel való érintkezést. Ha többet szeretne megtudni a rozsda megelőzésének módjairól, kattintson a gombra itt.
Mi a különbség a rozsda és a korrózió között?
A rozsda valójában a vas és ötvözetei, például az acél korróziós folyamata során keletkező anyag. A korrózió kiterjedtebb, mivel a fémek és ötvözetek spontán pusztulási folyamataira vonatkozik, a fémek és ötvözetek közötti kémiai, biokémiai és elektrokémiai kölcsönhatások okozzák a környezettel környezet. A korrózió során a fémek termodinamikailag stabilabb vegyületekké alakulnak, mint például oxidok, hidroxidok, sók vagy karbonátok. Ezért azt mondhatjuk a rozsda kialakulása a korróziós folyamatok egyike.
Egyes szerzők szerint a rozsda a nedves korrózió vagy korrózió folyamatának következménye elektrokémia, mivel egy ilyen folyamathoz víz jelenléte szükséges, és ez megtörténik spontán módon.
Források
AZ RUST. Mi a rozsda és a leggyakoribb rozsdatípusok. AZ Rust, c2023. Elérhető: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Az acélkorrózió elleni küzdelemre fordított kiadások a brazil GDP 4%-át teszik ki. SEGS, 2022. Elérhető: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT FELÜLETTECHNOLÓGIÁK. A rozsdásodás típusai és a fémfelület-kezelés hogyan segíthet megelőzni az oxidációt. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Elérhető: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELI, G.; KURZ, W. Korrózió, lebomlás és öregedés. Ban ben: Bevezetés az anyagtudományba, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARAES, P. én. W.; MAINIER, F. B. Korrózió: szokásos példa egy kémiai jelenségre. Új kémia az iskolában. n. 19, 2004. Elérhető: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, szül. Nem. Korróziótechnika: Alapelvek és megoldott problémák. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Szénacél korróziója: mindennapi megközelítés a kémiatanításban. Új kémia, v. 38. sz. 2. o. 293-296, 2015. Elérhető: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Írta: Stefano Araujo Novais
Kémia tanár
