Rūdys Tai rausvai ruda dėmė, kuri atsiranda ant geležies ar juodųjų paviršių, kai juos veikia oras ir drėgmė. Kadangi metalinė geležis yra nestabili sąlytyje su oru, ji susidaro oksiduojant metalinę geležį į geležies oksidus arba hidroksidus, paprastai pavaizduotus chemine formule FeOOH.
Rūdys yra didelė visuomenės problema, nes labai pažeidžia tokias struktūras kaip tiltai, pastatai, transporto priemonės, varikliai, be kita ko, reikalaujantys didelių išlaidų remontui ir priežiūra. Rūdys yra korozijos rūšis, spontaniškas metalų ir lydinių sunaikinimo reiškinys. Šiuo metu rūdžių susidarymo poveikiui sumažinti naudojami keli būdai, pavyzdžiui, galvanizavimas.
Taip pat skaitykite: Kaip druskos oras susijęs su metalų korozija?
rūdžių santrauka
Rūdims būdingos rausvai rudos dėmės, kurios susidaro ant geležies paviršių ir geležies lydinių, kurie liečiasi su oru ir drėgme.
Rūdys susidaro, kai geležis, kuri yra nestabili esant atmosferos deguoniui, oksiduojasi iki geležies oksidų ir hidroksidų.
Jį galima pavaizduoti bendra chemine formule FeOOH.
Pagrindinis rūdžių komponentas yra hidratuotas geležies III oksidas, Fe2O3∙H2O.
Rūdys yra didelė šalių ir įmonių problema, nes priežiūros ir remonto išlaidos yra didelės.
Tai daro didelį konstrukcinį poveikį, nes mechaniškai susilpnina metalines konstrukcijas.
Yra būdų, kaip sumažinti arba sušvelninti rūdis, pvz., katodinė apsauga ir galvanizavimas.
Rūdžių susidarymas yra korozijos rūšis.
Kas sukelia rūdis?
Rūdys yra a rausvai rudos dėmės, atsirandančios ant metalinių paviršių, ypač ant geležies ir geležies lydinių, kai jie yra veikiami atmosferos arba panardinami į natūralų vandenį. Tuo atveju, metalinė geležis (Fe) oksiduojamas į oksidų mišinį (Fe2O3∙H2O ir Fe3O4) ir hidroksidai (Fe(OH)2, Fe(OH)3) geležies, kurios taip pat paprastai pateikiamos FeOOH formule, kuria siekiama kondensuoti visas rūdyje esančias geležies fazes.
Procesas, sukeliantis rūdis, chemiškai žinomas kaip korozija., aplinkos poveikio medžiagai pasekmė, dėl kurios ji pablogėja, pradedant nuo jos paviršiaus.
Kaip atsiranda rūdys?
Metalinė geležis yra termodinamiškai nestabili esant deguonies dujoms., kuris sudaro apie 20 % mūsų atmosferos ir yra terpė, kurioje toks metalas yra dažniausiai veikiamas.
Tokiomis sąlygomis jo oksidas sudaro FeO (geležies oksidas II), Fe2O3 (geležies III oksidas) ir Fe3O4 (geležies II, III oksidas). Dėl vandens terpė tampa dar agresyvesnė, todėl skatinamas rūdžių (FeOOH) susidarymas.. Kaip bazinėms druskoms ir hidroksidams susidaryti reikia vandens, rūdims, oksidų ir hidroksidų mišiniui, taip pat reikia vandens, todėl santykinės drėgmės vaidmuo tampa aiškus:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
Didelės santykinės oro drėgmės regionuose dažnai susidaro vadinamasis korozinis krūvas., dėl vandens lakšto susidarymo, kuris visiškai arba iš dalies kondensuojasi (suskystėja) ant metalinio paviršiaus.
Šiuo atveju turime atkreipti dėmesį į standartines susijusių rūšių mažinimo galimybes:
Tikėjimas2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Tikėjimas3+ (čia)/Fe2+ (vandens): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (vandens): E° = 0,82 V
Vertybės tai rodo Procesas, kurio metu Fe oksiduojasi O, yra chemiškai spontaniškas.2 ištirpintas vandenyje, nes geležis turi mažesnį standartinį redukcijos potencialą. Todėl turime:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 ir–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 ir– → 4OH– (čia)
Trumpai, Rūdžių susidarymą galima pateikti kaip:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Nors deguonies koncentracija ore yra pastovi, jo tirpumas vandenyje yra mažas (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O esant 20 °C), kuris greitai sunaudojamas ant plieno paviršiaus (metalų lydinys, daugiausia sudarytas iš geležies ir anglies). Nors nuolat papildomas oru, šis deguonis kiekvieną akimirką turi praeiti pro sluoksnį storesnis rūdžių sluoksnis, kad vėl atsitrenktų į plieną, o tai laikui bėgant lėtina rūdžių greitį. korozija.
rūdžių rūšys
Rūdžių spalva skirsis priklausomai nuo deguonies ir drėgmės kiekio.
Raudonos rūdys: turtingas Fe2O3∙H2O (hidratuotas geležies III oksidas) randamas aplinkoje, kurioje yra daug deguonies ir drėgmės, yra labiausiai paplitusi forma ir susidaro vienodai.
Geltonos rūdys: daug FeO(OH)H2O (arba Fe (OH)3), atsiranda didelės drėgmės aplinkoje, dažniausiai metaluose, kuriuose yra daug stovinčio vandens, pvz., prie kriauklių ir vonių.
juodos rūdys: turtingas Fe3O4, atsiranda žemos deguonies koncentracijos ir vidutinio drėgnumo aplinkoje. Jis atrodo kaip juodos dėmės, kurios greitai neatsiranda, todėl su ja lengva kovoti.
rudos rūdys: turtingas Fe2O3, atsiranda aplinkoje, kurioje yra didelė deguonies koncentracija ir žema drėgmė (net be). Dėl šios priežasties tai daug sausesnė rūdžių rūšis, atsirandanti ne tolygiai, o tam tikruose paviršiaus taškuose.
Taip pat žiūrėkite: Kokie yra korozijos tipai?
Rūdžių cheminė sudėtis
Paprastai sakoma, kad Rūdis sudarytas iš hidratuoto geležies III oksido (Fe2O3∙H2O), tačiau galima suprasti, kad jo sudėtyje yra kitų rūšių geležies. kaip geležis tai metalas mažai stabilus sąlytyje su ore esančiu deguonimi, normalu, kad šio metalo dalys sudaro ploną Fe sluoksnį3O4 (magnetitas) ant jo paviršiaus. Nuolatinis kontaktas su ore ir drėgme esančiu deguonimi sukelia kitų oksiduotų rūšių, tokių kaip FeOOH, kristalinės formos α-FeOOH (goetitas) ir γ-FeOOH (lepidokrocitas). Šios rūšys sutampa sluoksniais išilgai rūdžių.
rūdžių pasekmės
Rūdžių susidarymo procesas vyksta korozijos srityje., problema, turinti didelį poveikį išsivysčiusių ir išsivysčiusių šalių ekonomikai.
Apskaičiuota, kad apie 30 % pasaulio geležies ir plieno produkcijos prarandama dėl korozijos., išlaidos, kurios gali atitikti 1–5 % šalių BVP. Pavyzdžiui, 2019 m. Brazilija korozijos priežiūrai išleido apie 290 mlrd. BRL (apie 4 % BVP).
Konstrukcijų priežiūros išlaidos yra būtinos, nes pakeitimas gali būti brangesnis, be to, rūdys daro didelę žalą konstrukcijų saugai. Oksiduodamas metalas praranda geras mechanines savybes. Susidarę oksidai paprastai yra trapūs ir gali pažeisti dalis, konstrukcijas ir įrangą. Negana to, jie gali užteršti ir supakuotą produktą, jei tai, pavyzdžiui, maistas.
Be tiesioginių surūdijusių dalių keitimo ir priežiūros išlaidų, rūdys taip pat gali sukelti netiesioginių problemų. Statinys, pvz., tiltas ar viadukas, kurį reikia uždaryti techninei priežiūrai, gali sukelti didelių žmonių judėjimo sutrikimų, turinčių įtakos bendruomenėms ir darbo rutinai. Surūdijusi technika gali prarasti efektyvumą arba būti pašalinta iš gamybos linijos techninei priežiūrai, taip sumažinant našumą.
Kaip išvengti rūdžių?
Šiuo metu jau yra antioksidacinių arba antikorozinių metodų, kurie drastiškai sumažina rūdžių susidarymą ant metalinių dalių. Tarp jų galime išskirti kai kuriuos, pvz katodinė ir anodinė apsauga, antikorozinės dangos ir korozijos inhibitoriai.
Atliekant katodinę apsaugą, dominantis metalas yra apsaugotas į jo struktūrą įdėtu lengvesnės oksidacijos (mažesnio redukcijos potencialo) metalu, dėl kurio susidaro galvaninis elementas. Tokiu būdu įdėtas metalas veikia kaip anodas, oksiduojasi, o vėliau apsaugo dominančią metalinę struktūrą, kuri veikia kaip katodas ir išlieka redukuotoje (metalinėje) formoje. Šioje technikoje įdėtas anodas yra plačiai žinomas kaip „aukojamas metalas“, būtent todėl, kad jis oksiduojasi vietoje kito.
Dangų naudojimas neleidžia metalinei konstrukcijai liestis su oksidacine aplinka, taip sukuriamas barjeras, kuris trukdys ar net neleis susidaryti rūdims. Pavyzdys yra epoksidiniai dažai ir raudonas švinas, kurie, be kitų dalykų, apsaugo vamzdžius, turėklus, vartus. Kita žinoma danga yra galvanizavimas, kurį sudaro geležies gabalo padengimas mažiau tauriu metalu. Tai yra cinkuotų varžtų atvejis, kai geležies konstrukcija yra padengta cinko metalu.
Korozijos inhibitoriai yra organinės arba neorganinės cheminės medžiagos, kurios dedamos į aplinką, kad būtų išvengta rūdžių susidarymo. Idėja yra sukurti terpėje produktus, kurie sudarytų apsaugines plėveles ir veiktų kaip barjeras metalui, todėl sunku susisiekti su oksiduojančia terpe. Norėdami sužinoti daugiau apie būdus, kaip išvengti rūdžių, spustelėkite čia.
Kuo skiriasi rūdys ir korozija?
Iš tikrųjų rūdys yra medžiaga, susidaranti geležies ir jos lydinių, tokių kaip plienas, korozijos proceso metu. Korozija yra platesnė, nes ji apima visus savaiminio metalų ir lydinių sunaikinimo procesus, kurią sukelia cheminė, biocheminė ir elektrocheminė metalų ir lydinių sąveika su aplinka aplinką. Korozijos metu metalai virsta termodinamiškai stabilesniais junginiais, tokiais kaip oksidai, hidroksidai, druskos ar karbonatai. Todėl galime pasakyti, kad rūdžių susidarymas yra vienas iš korozijos procesų.
Kai kurie autoriai teigia, kad rūdys yra šlapios korozijos arba korozijos proceso pasekmė elektrochemija, nes tokiam procesui reikalingas vandens buvimas ir jis įvyksta spontaniškai.
Šaltiniai
AZ RŪDYS. Kas yra rūdys ir dažniausiai pasitaikančios rūdžių rūšys. AZ Rust, c2023. Galima įsigyti: https://azrust.com/what-is-rust/.
KARNEIRO, C. Išlaidos plieno korozijai sustabdyti sudaro 4 % Brazilijos BVP. SEGS, 2022 m. Galima įsigyti: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT PAVIRŠIAUS TECHNOLOGIJOS. Rūdžių tipai ir kaip metalo paviršiaus apdorojimas gali padėti išvengti oksidacijos. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020 m. Galima įsigyti: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELIS, G.; KURZAS, V. Korozija, degradacija ir senėjimas. Į: Įvadas į medžiagų mokslą, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARAES, P. i. W.; MAINER, F. B. Korozija: įprastas cheminio reiškinio pavyzdys. Nauja chemija mokykloje. n. 19, 2004. Galima įsigyti: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOVAS, gim. Nr. Korozijos inžinerija: Principai ir išspręstos problemos. Oksfordas: Elsevier, 2015 m.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Anglies plieno korozija: kasdienis chemijos mokymo metodas. Naujoji chemija, v. 38, Nr. 2, p. 293-296, 2015. Galima įsigyti: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Autorius Stefano Araujo Novais
Chemijos mokytojas
