錆び：その原因、発生方法、回避方法

さびこれは、鉄または鉄の表面が空気や湿気にさらされたときに現れる赤茶色の汚れです。金属鉄は空気と接触すると不安定であるため、金属鉄が酸化されて、一般に化学式 FeOOH で表される酸化鉄または水酸化鉄が形成されます。

錆は構造物に重大な損傷を与えるため、社会にとって大きな問題となっています。橋、建物、車両、エンジンなどの修理には多額の費用がかかります。メンテナンス。錆は腐食の一種であり、金属や合金の破壊の自然現象です。現在、錆形成の影響を軽減するために、亜鉛メッキなどのいくつかの技術が使用されています。

こちらもお読みください: 塩気は金属の腐食とどのような関係がありますか?

この記事のトピックス

1 - サビについてのまとめ
2 - 錆びの原因は何ですか?
3 - 錆はどのように発生するのですか?
4 - 錆の種類
5 - 錆の化学組成
6 - 錆の影響
7 - 錆びを防ぐにはどうすればよいですか?
8 - 錆びと腐食の違いは何ですか?

錆びまとめ

錆は、空気や湿気と接触している鉄や鉄合金の表面に形成される赤茶色の汚れが特徴です。
さびは、大気中の酸素の存在下で不安定な鉄が酸化されて鉄の酸化物と水酸化物になるときに形成されます。
一般化学式 FeOOH で表すことができます。
錆の主成分は水和鉄III酸化物、Feです。₂○₃・H₂O.
維持費や修理費が高額となるため、錆は国や企業にとって大きな問題となっている。
金属構造を機械的に弱めるため、構造に大きな影響を与えます。
陰極防食や亜鉛メッキなど、錆を軽減または軽減する技術があります。
錆の形成は腐食の一種です。

錆びの原因は何でしょうか？

錆びは、 金属表面、特に鉄や鉄合金が大気にさらされたり、自然水に浸されたりすると、表面に現れる赤茶色の汚れ。. その場合、金属鉄（Fe）酸化されて酸化物の混合物（Fe₂○₃・H₂OとFe₃○₄) および水酸化物 (Fe(OH)₂、Fe(OH)₃）鉄の成分であり、これは一般に FeOOH 式でも表され、さびに存在するすべての鉄相を凝縮しようとします。

錆の原因となるプロセスは、化学的には腐食として知られています。、材料に対する環境の作用の結果、その表面から始まる劣化につながります。

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錆はどのようにして発生するのでしょうか？

金属鉄は、酸素ガスの存在下では熱力学的に不安定になります。これは大気の約 20% を構成し、そのような金属が最も頻繁に露出する媒体です。

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これらの条件下では、その酸化物は FeO (酸化鉄 II)、Fe を形成します。₂○₃ （酸化鉄III）とFe₃○₄ (酸化鉄 II、III)。 水の存在により媒体の攻撃性がさらに高まり、錆（FeOOH）の形成が促進されます。. 塩基性の塩や水酸化物の形成に水が必要であるのと同様に、酸化物と水酸化物の混合物であるさびにも水が必要であり、相対湿度の役割が明らかです。

4鉄₃○₄ (s) + O₂ (g)+6H₂O (l) → 12 FeOOH (s)

空気の相対湿度が高い地域では、いわゆる腐食パイルの形成が一般的です。、金属表面全体または部分的に凝縮（液化）する水のシートの形成によるものです。

この場合、関係する種の標準的な削減可能性に注意を払う必要があります。

信仰²⁺ (aq)/Fe (s): E° = –0.44 V
信仰³⁺ (こちら)/フェ²⁺ (aq): E° = 0.77 V
○₂ (g)/OH^– (aq): E° = 0.82 V

値はそれを示しています FeがOによって酸化されるプロセスは、化学的に自然発生的に起こります。₂ 水に溶けた鉄の標準還元電位が低いためです。したがって、次のことを行う必要があります。

Fe(s) → Fe²⁺ (aq) + 2 および^–

○₂ (g) + 2H₂O(l) + 4 および^– → 4OH^– （ここ）

簡単に言うと、 錆の形成は次のように表すことができます。:

2鉄²⁺ (aq) + O₂ (g) + 4OH^– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H₂O(l)

空気中の酸素濃度は一定ですが、水への溶解度は低い（1.4×10^–3 モル。 L^–1 H₂O、20 °C)、鋼の表面で急速に消費されます (鉄と炭素を主成分とする金属合金). 空気によって常に補充されていますが、この酸素は常に層を通過する必要があります。錆の層が厚くなって鋼が再び攻撃され、時間の経過とともに錆の速度が遅くなります。腐食。

錆の種類

錆は酸素や水分の量によって色が変化します。

赤錆： 鉄が豊富₂○₃・H₂O (水和鉄 III 酸化物) は、酸素化と湿度が高い環境で発生し、最も一般的な形態であり、均一に形成されます。
黄錆： FeO(OH)Hが豊富₂O (または Fe(OH)₃）、高湿度の環境で発生し、通常は流し台や浴槽の近くなど、大量の水が溜まっている金属で発生します。
黒錆： 鉄が豊富₃○₄、酸素濃度が低く、湿度が適度な環境で発生します。それは黒い斑点として現れ、すぐには生成されないため、戦うのは簡単です。
茶色い錆び： 鉄が豊富₂○₃、酸素濃度が高く、湿度が低い環境（そうでなくても）で発生します。このため、これはより乾燥したタイプの錆であり、均一に発生するのではなく、表面の特定の点に発生します。

こちらもご覧ください: 腐食にはどのような種類がありますか?

錆の化学組成

一般的に言われているのは、 さびは水和した酸化鉄III（Fe）で構成されています。₂○₃・H₂O)、しかし、その組成中に他の種の鉄が存在することが理解できます。. 鉄のようなそれは金属です空気中の酸素と接触するとほとんど安定せず、この金属の一部が薄い鉄の層を形成するのが通常です。₃○₄ （マグネタイト）が表面にあります。空気中の酸素および湿気との継続的な接触により、α-FeOOH (針鉄鉱) および γ-FeOOH (レピドクロサイト) の結晶形態で FeOOH などの他の酸化種が生成されます。これらの種は錆に沿って層状に重なり合っています。

錆びの影響

錆の形成プロセスは腐食の分野内にあります。、先進国および先進国の経済に大きな影響を与える問題。

世界の鉄鋼生産量の約 30% が腐食により失われていると推定されています。、各国のGDPの1〜5％に相当するコストです。たとえば、2019年にブラジルは腐食メンテナンスに約2,900億レアル（GDPの約4％）を費やした。

交換にはより高額な費用がかかる可能性があるため、構造を維持するための費用が必要であり、さらに、錆は構造の安全性に重大な損傷を引き起こす可能性があります。. 酸化すると、金属は優れた機械的特性を失います。形成される酸化物は一般に脆く、部品、構造、機器を損傷する可能性があります。それだけでなく、例えば食品の場合、包装された製品を汚染する可能性もあります。

錆びた部品の交換やメンテナンスにかかる直接的なコストに加えて、 間接的な問題を引き起こす可能性もあります. メンテナンスのために閉鎖する必要がある橋や陸橋などの構造物は、人々の移動に大きな混乱を引き起こし、地域社会や日常業務に影響を与える可能性があります。錆びた機械は効率を低下させたり、メンテナンスのために生産ラインから外されたりするため、生産性が低下します。

錆びを防ぐにはどうすればよいでしょうか？

現在、金属部品の錆の発生を大幅に減らす抗酸化または防食技術がすでに存在しています。その中で、次のようないくつかを強調することができます。 陰極および陽極保護、防食コーティングおよび腐食防止剤.

陰極防食では、対象となる金属は、その構造に挿入された酸化しやすい（還元電位が低い）金属によって保護され、ガルバニ電池が生じます。このようにして、挿入された金属はアノードとして機能し、酸化して対象の金属構造を保護します。この金属構造はカソードとして機能し、還元された（金属）形態のまま残ります。挿入されたアノードは、別のアノードの代わりに酸化するため、この技術では一般に「犠牲金属」として知られています。

コーティングを使用すると、金属構造が酸化環境と接触することが防止され、錆の形成を妨げ、さらには防止するバリアが形成されます。例としては、パイプ、手すり、門などを保護するエポキシド塗料と鉛鉛があります。別の既知のコーティングは亜鉛メッキであり、これは鉄片をより貴金属ではない金属でコーティングすることからなる。これは、鉄の構造体を亜鉛金属でコーティングした亜鉛メッキネジの場合です。

腐食防止剤は、錆の形成プロセスを防ぐために環境に添加される有機または無機の化学物質です。そのアイデアは、媒体中に保護膜を形成し、金属に対するバリアとして機能する生成物を生成し、酸化性媒体との接触を困難にすることです。錆を防ぐ方法について詳しく知りたい場合は、ここをクリックしてください。ここ.

錆と腐食の違いは何ですか?

錆は実際には、鉄や鋼などのその合金の腐食過程で形成される物質です。腐食は金属や合金の自然破壊のすべてのプロセスに関係するため、より広範囲にわたります。金属および合金と環境との間の化学的、生化学的、電気化学的相互作用によって引き起こされる環境。腐食中に、金属は酸化物、水酸化物、塩、炭酸塩などの熱力学的により安定した化合物に変換されます。したがって、次のように言えます。 錆の形成は腐食のプロセスの 1 つです.

一部の著者は、錆は湿潤腐食または腐食のプロセスの結果であると述べています。電気化学、そのようなプロセスが起こるには水の存在が必要であり、それが起こるからです自発的に。

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