Roest Het is een roodbruine vlek die verschijnt op ijzeren of ijzerhoudende oppervlakken wanneer ze worden blootgesteld aan lucht en vocht. Omdat metallisch ijzer onstabiel is in contact met lucht, vormt het zich door de oxidatie van metallisch ijzer tot ijzeroxiden of -hydroxiden, gewoonlijk weergegeven door de chemische formule FeOOH.
Roest is een groot probleem voor de samenleving, omdat het structuren zoals bruggen, gebouwen, voertuigen, motoren, onder andere, die grote reparatie- en reparatiekosten met zich meebrengen onderhoud. Roest is een vorm van corrosie, een spontaan fenomeen van de vernietiging van metalen en legeringen. Momenteel worden verschillende technieken, zoals galvanisatie, gebruikt om de gevolgen van roestvorming te verminderen.
Lees ook: Hoe is zoute lucht gerelateerd aan de corrosie van metalen?
roest samenvatting
Roest wordt gekenmerkt door roodbruine vlekken die zich vormen op ijzeren oppervlakken en ijzerlegeringen die in contact komen met lucht en vocht.
Roest ontstaat wanneer ijzer, dat onstabiel is in aanwezigheid van zuurstof uit de lucht, wordt geoxideerd tot ijzeroxiden en -hydroxiden.
Het kan worden weergegeven door de algemene chemische formule FeOOH.
Het hoofdbestanddeel van roest is gehydrateerd ijzer III-oxide, Fe2O3∙H2O.
Roest is een groot probleem voor landen en bedrijven, omdat de onderhouds- en reparatiekosten hoog zijn.
Het veroorzaakt grote structurele effecten, omdat het metalen structuren mechanisch verzwakt.
Er zijn technieken om roest te verminderen of te verminderen, zoals kathodische bescherming en galvanisatie.
Roestvorming is een vorm van corrosie.
Wat veroorzaakt roest?
Roest is een roodbruine vlek die verschijnt op metalen oppervlakken, meer bepaald op ijzer en ijzerlegeringen, wanneer ze worden blootgesteld aan de atmosfeer of worden ondergedompeld in natuurlijk water. In dat geval, metallisch ijzer (Fe) wordt geoxideerd tot een mengsel van oxiden (Fe2O3∙H2O en Fe3O4) en hydroxiden (Fe(OH)2, Fe(OH)3) van ijzer, die ook vaak worden weergegeven door de FeOOH-formule, die probeert alle ijzerfasen in roest te condenseren.
Het proces dat roest veroorzaakt, staat chemisch bekend als corrosie., gevolg van de inwerking van de omgeving op een materiaal, leidend tot de verslechtering ervan, beginnend vanaf het oppervlak.
Hoe ontstaat roest?
Metallisch ijzer is thermodynamisch onstabiel in aanwezigheid van zuurstofgas., dat ongeveer 20% van onze atmosfeer uitmaakt en het medium is waarin dergelijk metaal het vaakst wordt blootgesteld.
Onder deze omstandigheden vormt zijn oxide FeO (ijzeroxide II), Fe2O3 (IJzer III-oxide) en Fe3O4 (IJzer II, III oxide). De aanwezigheid van water maakt het medium nog agressiever en bevordert de vorming van roest (FeOOH). Net zoals basische zouten en hydroxiden water nodig hebben voor hun vorming, heeft roest, een mengsel van oxiden en hydroxiden, ook water nodig, wat de rol van relatieve vochtigheid duidelijk maakt:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
In gebieden met een hoge relatieve luchtvochtigheid is de vorming van de zogenaamde corrosiepaal gebruikelijk., door de vorming van een waterlaag die geheel of gedeeltelijk condenseert (vloeibaar wordt) op het metalen oppervlak.
In dit geval moeten we letten op de standaard reductiepotentialen van de betrokken soorten:
Vertrouwen2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Vertrouwen3+ (hier)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Dat laten de waarden zien Het proces waarbij Fe wordt geoxideerd door O is chemisch spontaan.2 opgelost in water, aangezien ijzer een lager standaardreductiepotentieel heeft. Daarom moeten we:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 en–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 en– → 4OH– (hier)
In het kort, Roestvorming kan worden gegeven als:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Hoewel de concentratie van zuurstof in lucht constant is, is de oplosbaarheid in water laag (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O bij 20 °C), die snel wordt verbruikt op het staaloppervlak (metaallegering die voornamelijk bestaat uit ijzer en koolstof). Hoewel voortdurend aangevuld door de lucht, moet deze zuurstof op elk moment door een laag gaan dikkere laag roest om het staal opnieuw te raken, wat de snelheid van roest na verloop van tijd vertraagt. corrosie.
soorten roest
Roest varieert in kleur, afhankelijk van de hoeveelheid zuurstof en vocht.
Rode roest: rijk aan Fe2O3∙H2O (gehydrateerd ijzer III-oxide), komt voor in omgevingen met een hoge oxygenatie en vochtigheid, de meest voorkomende vorm, en vormt zich uniform.
gele roest: rijk aan FeO(OH)H2O (of Fe(OH)3), komt voor in omgevingen met een hoge luchtvochtigheid, meestal in metalen die worden aangetroffen met grote hoeveelheden stilstaand water, zoals in de buurt van gootstenen en badkuipen.
zwarte roest: rijk aan Fe3O4, komt voor in omgevingen met een lage zuurstofconcentratie en matige vochtigheid. Het verschijnt als zwarte vlekken, wordt niet snel geproduceerd en is daarom gemakkelijk te bestrijden.
bruine roest: rijk aan Fe2O3, komt voor in omgevingen met een hoge zuurstofconcentratie en een lage luchtvochtigheid (ook zonder). Hierdoor is het een veel drogere roestsoort die niet gelijkmatig voorkomt, maar op specifieke punten op het oppervlak.
Zie ook: Welke soorten corrosie zijn er?
Chemische samenstelling van roest
Gewoonlijk wordt dat gezegd Roest is samengesteld uit gehydrateerd ijzer III-oxide (Fe2O3∙H2O), maar het kan worden begrepen dat er andere soorten ijzer in de samenstelling aanwezig zijn. zoals ijzer het is een metaal weinig stabiel in contact met zuurstof in de lucht, het is normaal dat delen van dit metaal een dun laagje Fe vormen3O4 (magnetiet) op het oppervlak. Het constante contact met zuurstof in de lucht en vochtigheid geeft aanleiding tot andere geoxideerde soorten, zoals FeOOH, in de kristallijne vormen α-FeOOH (goethiet) en γ-FeOOH (lepidocrociet). Deze soorten overlappen elkaar in lagen langs de roest.
gevolgen van roest
Het proces van roestvorming valt binnen het gebied van corrosie., een probleem met grote gevolgen voor de economieën van geïndustrialiseerde en ontwikkelde landen.
Geschat wordt dat ongeveer 30% van de ijzer- en staalproductie in de wereld verloren gaat door corrosie., een kost die kan overeenkomen met 1 tot 5% van het BBP van de landen. In 2019 gaf Brazilië bijvoorbeeld ongeveer 290 miljard BRL (ongeveer 4% van zijn bbp) uit aan corrosieonderhoud.
De kosten van het onderhoud van constructies zijn noodzakelijk, aangezien vervanging duurder kan zijn en bovendien veroorzaakt roest ernstige schade aan de constructieve veiligheid. Bij het oxideren verliest het metaal zijn goede mechanische eigenschappen. De gevormde oxiden zijn over het algemeen broos en kunnen onderdelen, constructies en apparatuur aantasten. Niet alleen dat, ze kunnen ook het verpakte product besmetten, als dit bijvoorbeeld voedsel is.
Naast de directe kosten van het vervangen en onderhouden van verroeste onderdelen, kan roest kan ook indirecte problemen met zich meebrengen. Een constructie zoals een brug of een viaduct, die moet worden gesloten voor onderhoud, kan grote verstoringen veroorzaken in het verkeer van mensen, met gevolgen voor gemeenschappen en de werkroutine. Roestige machines kunnen hun efficiëntie verliezen of voor onderhoud van de productielijn worden verwijderd, waardoor de productiviteit afneemt.
Hoe roest voorkomen?
Momenteel zijn er al antioxidatieve of anticorrosieve technieken die de vorming van roest op metalen onderdelen drastisch verminderen. Onder hen kunnen we er enkele uitlichten, zoals kathodische en anodische bescherming, anticorrosiecoatings en corrosieremmers.
Bij kathodische bescherming wordt het betreffende metaal beschermd door een metaal met een gemakkelijkere oxidatie (lager reductiepotentieel) dat in zijn structuur is ingebracht, waardoor een galvanische cel ontstaat. Op deze manier werkt het ingebrachte metaal als een anode, oxideert en beschermt vervolgens de metalen structuur van belang, die fungeert als een kathode en in zijn gereduceerde (metalen) vorm blijft. De ingebrachte anode staat in deze techniek algemeen bekend als "opofferingsmetaal", juist omdat het oxideert in plaats van een ander.
Het gebruik van coatings voorkomt dat de metalen structuur in contact komt met de oxidatieve omgeving, waardoor een barrière ontstaat die roestvorming belemmert of zelfs voorkomt. Een voorbeeld zijn de epoxideverven en het rode lood, die onder meer leidingen, balustrades en poorten beschermen. Een andere bekende coating is galvanisatie, waarbij het stuk ijzer wordt gecoat met een minder edel metaal. Dit is het geval bij gegalvaniseerde schroeven, waarbij de ijzeren structuur is bekleed met zinkmetaal.
Corrosieremmers zijn chemische stoffen, van organische of anorganische aard, die aan het milieu worden toegevoegd om het proces van roestvorming tegen te gaan. Het idee is om producten in het medium te genereren die beschermende films vormen en als een barrière voor het metaal fungeren, waardoor contact met het oxiderende medium moeilijk wordt. Klik voor meer informatie over manieren om roest te voorkomen hier.
Wat is het verschil tussen roest en corrosie?
Roest is eigenlijk de stof die wordt gevormd tijdens het corrosieproces van ijzer en zijn legeringen, zoals staal. Corrosie is breder, aangezien het gaat om alle processen van spontane vernietiging van metalen en legeringen, veroorzaakt door chemische, biochemische en elektrochemische interacties tussen metalen en legeringen met de omgeving omgeving. Bij corrosie worden metalen omgezet in thermodynamisch stabielere verbindingen zoals oxiden, hydroxiden, zouten of carbonaten. Daarom kunnen we dat zeggen de vorming van roest is een van de processen van corrosie.
Sommige auteurs zeggen dat roest een gevolg is van het proces van natte corrosie of corrosie elektrochemie, omdat zo'n proces de aanwezigheid van water nodig heeft en het gebeurt spontaan.
Bronnen
AZ ROEST. Wat is roest en de meest voorkomende soorten roest. AZ Roest, c2023. Beschikbaar in: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Uitgaven om staalcorrosie in te dammen hebben een impact op 4% van het Braziliaanse bbp. SEGS, 2022. Beschikbaar in: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT OPPERVLAKTETECHNOLOGIEËN. Soorten roest en hoe behandeling van metalen oppervlakken oxidatie kan helpen voorkomen. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Beschikbaar in: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Corrosie, degradatie en veroudering. In: Inleiding tot materiaalkunde, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARES, P. i. W.; MAINIER, F. B. Corrosie: een gebruikelijk voorbeeld van een chemisch fenomeen. Nieuwe scheikunde op school. N. 19, 2004. Beschikbaar in: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, geb. Nee. Corrosie Engineering: Principes en opgeloste problemen. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Corrosie van koolstofstaal: een alledaagse benadering in het scheikundeonderwijs. Nieuwe chemie, v. 38, nee. 2, p. 293-296, 2015. Beschikbaar in: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Door Stefano Araujo Novais
Scheikundeleraar
