Rūsa Tas ir sarkanbrūns traips, kas parādās uz dzelzs vai melnajām virsmām, ja tās tiek pakļautas gaisa un mitruma iedarbībai. Tā kā metāliskais dzelzs ir nestabils saskarē ar gaisu, tas veidojas, metāliskajam dzelzs oksidējoties par dzelzs oksīdiem vai hidroksīdiem, ko parasti apzīmē ar ķīmisko formulu FeOOH.
Rūsa ir liela sabiedrības problēma, jo tā būtiski bojā tādas struktūras kā tilti, ēkas, transportlīdzekļi, dzinēji, cita starpā, kas prasa lielus izdevumus ar remontu un apkope. Rūsa ir korozijas veids, spontāna metālu un sakausējumu iznīcināšanas parādība. Pašlaik tiek izmantoti vairāki paņēmieni, piemēram, galvanizācija, lai samazinātu rūsas veidošanās ietekmi.
Izlasi arī: Kā sāls gaiss ir saistīts ar metālu koroziju?
Šī raksta tēmas
- 1 - Kopsavilkums par rūsu
- 2 - Kas izraisa rūsu?
- 3 - Kā rodas rūsa?
- 4 - Rūsas veidi
- 5 - Rūsas ķīmiskais sastāvs
- 6 - Rūsas sekas
- 7 - Kā izvairīties no rūsas?
- 8 - Kāda ir atšķirība starp rūsu un koroziju?
rūsas kopsavilkums
Rūsai raksturīgi sarkanbrūni traipi, kas veidojas uz dzelzs virsmām un dzelzs sakausējumiem, kas saskaras ar gaisu un mitrumu.
Rūsa veidojas, kad dzelzs, kas ir nestabils atmosfēras skābekļa klātbūtnē, tiek oksidēts par dzelzs oksīdiem un hidroksīdiem.
To var attēlot ar vispārējo ķīmisko formulu FeOOH.
Rūsas galvenā sastāvdaļa ir hidratēts dzelzs III oksīds, Fe2O3∙H2O.
Rūsa ir liela problēma valstīm un uzņēmumiem, jo uzturēšanas un remonta izmaksas ir augstas.
Tas rada lielu strukturālu ietekmi, jo tas mehāniski vājina metāla konstrukcijas.
Ir paņēmieni rūsas samazināšanai vai mazināšanai, piemēram, katodaizsardzība un galvanizācija.
Rūsas veidošanās ir korozijas veids.
Kas izraisa rūsu?
Rūsa ir a sarkanbrūns traips, kas parādās uz metāliskām virsmām, precīzāk uz dzelzs un dzelzs sakausējumiem, ja tās tiek pakļautas atmosfēras iedarbībai vai iegremdētas dabiskos ūdeņos. Tādā gadījumā, metālisks dzelzs (Fe) tiek oksidēts līdz oksīdu maisījumam (Fe2O3∙H2O un Fe3O4) un hidroksīdi (Fe(OH)2, Fe(OH)3) dzelzs, ko parasti attēlo arī FeOOH formula, kuras mērķis ir kondensēt visas rūsā esošās dzelzs fāzes.
Procesu, kas izraisa rūsu, ķīmiski sauc par koroziju., sekas vides iedarbībai uz materiālu, kas noved pie tā bojāšanās, sākot no tā virsmas.
Nepārtrauciet tagad... Pēc publicitātes ir vēl kas ;)
Kā rodas rūsa?
Metāla dzelzs ir termodinamiski nestabils skābekļa gāzes klātbūtnē., kas veido aptuveni 20% no mūsu atmosfēras un ir vide, kurā šāds metāls tiek pakļauts visbiežāk.
Šādos apstākļos tā oksīds veido FeO (dzelzs oksīds II), Fe2O3 (dzelzs III oksīds) un Fe3O4 (Dzelzs II, III oksīds). Ūdens klātbūtne padara vidi vēl agresīvāku, veicinot rūsas (FeOOH) veidošanos.. Tāpat kā bāzes sāļiem un hidroksīdiem ir nepieciešams ūdens to veidošanai, arī rūsai, oksīdu un hidroksīdu maisījumam, ir nepieciešams ūdens, padarot relatīvā mitruma lomu skaidru:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
Reģionos ar augstu relatīvo gaisa mitrumu bieži veidojas tā sauktā korozijas kaudzes., jo veidojas ūdens loksne, kas pilnībā vai daļēji kondensējas (sašķidrinās) uz metāla virsmas.
Šajā gadījumā mums jāpievērš uzmanība iesaistīto sugu standarta samazināšanas iespējām:
Ticība2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Ticība3+ (šeit)/Fe2+ (ūdens): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (ūdens): E° = 0,82 V
Par to liecina vērtības Process, kurā Fe tiek oksidēts ar O, ir ķīmiski spontāns.2 izšķīdina ūdenī, jo dzelzs standarta samazināšanas potenciāls ir zemāks. Tāpēc mums ir:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 un–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 un– → 4OH– (šeit)
Īsumā, Rūsas veidošanos var dot kā:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Lai gan skābekļa koncentrācija gaisā ir nemainīga, tā šķīdība ūdenī ir zema (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O pie 20 °C), kas ātri tiek patērēts uz tērauda virsmas (metālu sakausējums, kas sastāv galvenokārt no dzelzs un oglekļa). Lai gan to pastāvīgi papildina gaiss, šim skābeklim ik brīdi ir jāiziet cauri slānim biezāks rūsas slānis, lai atkal ietriektos tēraudā, kas laika gaitā palēnina rūsas ātrumu. korozija.
rūsas veidi
Rūsai būs atšķirīga krāsa atkarībā no skābekļa un mitruma daudzuma.
Sarkanā rūsa: bagāts ar Fe2O3∙H2O (hidratēts dzelzs III oksīds) rodas vidēs ar augstu skābekļa daudzumu un mitrumu, kas ir visizplatītākā forma, veidojoties vienmērīgi.
Dzeltenā rūsa: bagāts ar FeO(OH)H2O (vai Fe (OH)3), rodas vidēs ar augstu mitruma līmeni, parasti metālos, kas atrodas kopā ar lielu daudzumu stāvoša ūdens, piemēram, pie izlietnēm un vannām.
melnā rūsa: bagāts ar Fe3O4, rodas vidēs ar zemu skābekļa koncentrāciju un mērenu mitrumu. Tas parādās kā melni plankumi, kas netiek ātri izveidoti, un tāpēc to ir viegli apkarot.
brūnā rūsa: bagāts ar Fe2O3, rodas vidēs ar augstu skābekļa koncentrāciju un zemu mitrumu (pat bez). Šī iemesla dēļ tas ir daudz sausāks rūsas veids, kas nenotiek vienmērīgi, bet noteiktos virsmas punktos.
Skatīt arī: Kādi ir korozijas veidi?
Rūsas ķīmiskais sastāvs
Parasti tā saka rūsa sastāv no hidratēta dzelzs III oksīda (Fe2O3∙H2O), taču var saprast, ka tā sastāvā ir arī citas dzelzs sugas. kā dzelzs tas ir metāls maz stabils saskarē ar skābekli gaisā, ir normāli, ka šī metāla daļas veido plānu Fe kārtiņu3O4 (magnetīts) uz tās virsmas. Pastāvīgs kontakts ar skābekli gaisā un mitrumā rada citas oksidētas sugas, piemēram, FeOOH, kristāliskajās formās α-FeOOH (gētīts) un γ-FeOOH (lepidokrocīts). Šīs sugas pārklājas slāņos gar rūsu.
rūsas sekas
Rūsas veidošanās process ir korozijas laukā., problēma, kas ļoti ietekmē rūpnieciski attīstīto un attīstīto valstu ekonomiku.
Tiek lēsts, ka korozijas dēļ tiek zaudēti aptuveni 30% no pasaules dzelzs un tērauda ražošanas., izmaksas, kas var atbilst 1 līdz 5% no valstu IKP. Piemēram, 2019. gadā Brazīlija korozijas uzturēšanai iztērēja aptuveni 290 miljardus BRL (apmēram 4% no IKP).
Konstrukciju uzturēšanas izmaksas ir nepieciešamas, jo nomaiņa var būt dārgāka, turklāt rūsa rada nopietnu kaitējumu konstrukcijas drošībai. Oksidējot, metāls zaudē savas labās mehāniskās īpašības. Veidotie oksīdi parasti ir trausli un var sabojāt daļas, konstrukcijas un iekārtas. Ne tikai tas, ka tie var piesārņot arī iesaiņoto produktu, ja tas, piemēram, ir pārtika.
Papildus tiešajām izmaksām par sarūsējušo detaļu nomaiņu un apkopi, rūsa var radīt arī netiešas problēmas. Tāda konstrukcija kā tilts vai estakāde, kas ir jāslēdz apkopei, var radīt lielus traucējumus cilvēku kustībā, ietekmējot kopienas un darba kārtību. Sarūsējušas iekārtas var zaudēt efektivitāti vai tikt noņemtas no ražošanas līnijas apkopei, tādējādi samazinot produktivitāti.
Kā izvairīties no rūsas?
Pašlaik jau ir antioksidanti vai pretkorozijas paņēmieni, kas krasi samazina rūsas veidošanos uz metāla daļām. Starp tiem mēs varam izcelt dažus, piemēram, katoda un anoda aizsardzība, pretkorozijas pārklājumi un korozijas inhibitori.
Katodiskajā aizsardzībā interesējošais metāls ir aizsargāts ar vieglāk oksidējamu metālu (zemāku reducēšanas potenciālu), kas ievietots tā struktūrā, kas rada galvanisko elementu. Tādā veidā ievietotais metāls darbojas kā anods, oksidējas un pēc tam aizsargā interesējošo metālisko struktūru, kas darbojas kā katods un paliek reducētā (metāla) formā. Ievietotais anods šajā tehnikā ir plaši pazīstams kā “upurmetāls”, tieši tāpēc, ka tas oksidējas cita vietā.
Pārklājumu izmantošana neļauj metāla konstrukcijai nonākt saskarē ar oksidatīvo vidi, tādējādi radot barjeru, kas kavēs vai pat novērsīs rūsas veidošanos. Piemērs ir epoksīda krāsas un sarkanais svins, kas cita starpā aizsargā caurules, margas, vārtus. Vēl viens zināms pārklājums ir galvanizācija, kas sastāv no dzelzs gabala pārklāšanas ar mazāk cēlmetālu. Tas attiecas uz cinkotajām skrūvēm, kurās dzelzs konstrukcija ir pārklāta ar cinka metālu.
Korozijas inhibitori ir organiskas vai neorganiskas ķīmiskas vielas, kuras tiek pievienotas videi, lai novērstu rūsas veidošanos. Ideja ir radīt vidē produktus, kas veido aizsargplēves un darbojas kā barjera metālam, apgrūtinot saskari ar oksidējošo vidi. Lai uzzinātu vairāk par veidiem, kā novērst rūsu, noklikšķiniet uz šeit.
Kāda ir atšķirība starp rūsu un koroziju?
Rūsa patiesībā ir viela, kas veidojas dzelzs un tās sakausējumu, piemēram, tērauda, korozijas procesā. Korozija ir plašāka, jo tā attiecas uz visiem metālu un sakausējumu spontānas iznīcināšanas procesiem, ko izraisa ķīmiska, bioķīmiska un elektroķīmiska mijiedarbība starp metāliem un sakausējumiem ar vidi vidi. Korozijas laikā metāli tiek pārvērsti termodinamiski stabilākos savienojumos, piemēram, oksīdos, hidroksīdos, sāļos vai karbonātos. Tāpēc mēs varam tā teikt rūsas veidošanās ir viens no korozijas procesiem.
Daži autori saka, ka rūsa ir mitrās korozijas vai korozijas procesa sekas elektroķīmija, jo šādam procesam ir nepieciešama ūdens klātbūtne, un tas notiek spontāni.
Avoti
AZ RŪSĀ. Kas ir rūsa un visizplatītākie rūsas veidi. AZ Rust, c2023. Pieejams: https://azrust.com/what-is-rust/.
KARNEIRO, K. Izdevumi tērauda korozijas ierobežošanai ietekmē 4% no Brazīlijas IKP. SEGS, 2022. gads. Pieejams: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTIS-WRIGHT VIRSMAS TEHNOLOĢIJAS. Rūsēšanas veidi un kā metāla virsmas apstrāde var palīdzēt novērst oksidāciju. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Pieejams: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERSĪRS, Dž. P.; ZAMBEĻI, G.; KURZS, V. Korozija, degradācija un novecošana. Vietnē: Ievads materiālzinātnē, P. 379-399, 2002.
MĒRONS, F.; GIMARAES, P. i. W.; MAINĒRS, F. B. Korozija: parasts ķīmiskās parādības piemērs. Jaunā ķīmija skolā. n. 19, 2004. Pieejams: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, dzim. Nē. Korozijas inženierija: Principi un atrisinātās problēmas. Oksforda: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; KODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Oglekļa tērauda korozija: ikdienas pieeja ķīmijas mācīšanā. Jaunā ķīmija, v. 38, Nr. 2. lpp. 293-296, 2015. Pieejams: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Autors Stefano Araujo Novais
Ķīmijas skolotājs
Metālu, galvenokārt dzelzs, korozija notiek redoksreakciju elektroķīmiskos procesos.
Izprotiet, kāpēc jūras gaiss piekrastes reģionos veicina metāla konstrukciju koroziju.
Skābekļa radītie ieguvumi un kaitējums.
Dzelzs korozijas aizsardzību var veikt ar krāsām, speciālajiem tēraudiem vai katodaizsardzību.
Zināt, ko nozīmē termins korozija un kāda ir atšķirība starp ķīmisko, elektroķīmisko un elektrolītisko koroziju.
