Rust: hva forårsaker det, hvordan det oppstår, hvordan unngå det

Rust Det er en rødbrun flekk som vises på jern- eller jernholdige overflater når de utsettes for luft og fuktighet. Siden metallisk jern er ustabilt i kontakt med luft, dannes det ved oksidasjon av metallisk jern til jernoksider eller hydroksider, vanligvis representert ved den kjemiske formelen FeOOH.

Rust er et stort problem for samfunnet da det skader strukturer som f.eks broer, bygninger, kjøretøy, motorer, blant annet, som krever store utgifter med reparasjon og vedlikehold. Rust er en type korrosjon, et spontant fenomen med ødeleggelse av metaller og legeringer. For tiden brukes flere teknikker, for eksempel galvanisering, for å redusere virkningene av rustdannelse.

Les også: Hvordan er saltluft relatert til korrosjon av metaller?

rust oppsummering

  • Rust kjennetegnes av rødbrune flekker som dannes på jernoverflater og jernholdige legeringer som er i kontakt med luft og fuktighet.

  • Rust dannes når jern, som er ustabilt i nærvær av atmosfærisk oksygen, oksideres til jernoksider og hydroksyder.

  • Det kan representeres av den generelle kjemiske formelen FeOOH.

  • Hovedkomponenten i rust er hydrert jern III-oksid, Fe2O3∙H2O.

  • Rust er et stort problem for land og bedrifter, siden vedlikeholds- og reparasjonskostnadene er høye.

  • Det forårsaker store strukturelle påvirkninger, da det mekanisk svekker metalliske strukturer.

  • Det finnes teknikker for å redusere eller dempe rust, for eksempel katodisk beskyttelse og galvanisering.

  • Rustdannelse er en type korrosjon.

Hva forårsaker rust?

Rust er en rødbrun flekk som vises på metalliske overflater, nærmere bestemt på jern og jernlegeringer, når de utsettes for atmosfæren eller nedsenkes i naturlig vann. I så fall, metallisk jern (Fe) er oksidert til en blanding av oksider (Fe2O3∙H2O og Fe3O4) og hydroksyder (Fe(OH)2, Fe(OH)3) av jern, som også ofte er representert av FeOOH-formelen, som søker å kondensere alle jernfasene som er tilstede i rust.

Prosessen som forårsaker rust er kjemisk kjent som korrosjon., konsekvens av virkningen av miljøet på et materiale, som fører til dets forringelse, med utgangspunkt i overflaten.

Hvordan oppstår rust?

Metallisk jern er termodynamisk ustabilt i nærvær av oksygengass., som utgjør omtrent 20 % av atmosfæren vår og er det mediet som slikt metall oftest eksponeres i.

Under disse forholdene danner dets oksid FeO (jernoksid II), Fe2O3 (Jern III-oksid) og Fe3O4 (Jern II, III oksid). Tilstedeværelsen av vann gjør mediet enda mer aggressivt, og favoriserer dannelsen av rust (FeOOH). Akkurat som basiske salter og hydroksider trenger vann for dannelsen, trenger rust, en blanding av oksider og hydroksider, også vann, noe som gjør den relative fuktighetens rolle klar:

4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)

I områder med høy relativ luftfuktighet er dannelsen av den såkalte korrosjonshaugen vanlig., på grunn av dannelsen av et ark med vann som kondenserer (flyter til flytende) på metalloverflaten helt eller delvis.

 Rustdannelsesprosess.
Dannelse av rust på overflaten av jern/stål.

I dette tilfellet må vi ta hensyn til standard reduksjonspotensiale for artene som er involvert:

  • Tro2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V

  • Tro3+ (her)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V

  • O2 (g)/OH (aq): E° = 0,82 V

Verdiene viser det Prosessen der Fe oksideres av O er kjemisk spontan.2 oppløst i vann, siden jern har et lavere standardreduksjonspotensial. Derfor må vi:

Fe(r) → Fe2+ (aq) + 2 og

O2 (g) + 2H2O(l) + 4 og → 4OH (her)

Kort sagt, Rustdannelse kan gis som:

2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)

Selv om konsentrasjonen av oksygen i luft er konstant, er dens løselighet i vann lav (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O ved 20 °C), som raskt forbrukes på ståloverflaten (metalllegering som hovedsakelig består av jern og karbon). Selv om det stadig fylles på av luften, må dette oksygenet, til enhver tid, passere gjennom et lag tykkere rustlag for å treffe stålet igjen, noe som bremser rusthastigheten over tid. korrosjon.

typer rust

Rustne parabolantenner.
 Rustne parabolantenner.

Rust vil variere i farge avhengig av mengden oksygen og fuktighet.

  • Rød rust: rik på Fe2O3∙H2O (hydratisert jern III-oksid), forekommer i miljøer med høy oksygenering og fuktighet, og er den vanligste formen, og dannes jevnt.

  • Gul rust: rik på FeO(OH)H2O (eller Fe(OH)3), forekommer i miljøer med høy luftfuktighet, vanligvis i metaller som finnes med store mengder stående vann, for eksempel i nærheten av vasker og badekar.

  • svart rust: rik på Fe3O4, forekommer i miljøer med lav oksygenkonsentrasjon og moderat fuktighet. Det vises som svarte flekker, som ikke produseres raskt, og derfor er det lett å bekjempe.

  • brun rust: rik på Fe2O3, forekommer i miljøer med høy konsentrasjon av oksygen og lav luftfuktighet (selv uten). På grunn av dette er det en mye tørrere type rust, som ikke forekommer jevnt, men på bestemte punkter på overflaten.

Se også: Hva er typene korrosjon?

Kjemisk sammensetning av rust

Vanligvis sies det det Rust er sammensatt av hydrert jern III-oksid (Fe2O3∙H2O), men det kan forstås at andre arter av jern er tilstede i sammensetningen. som jern det er et metall lite stabil i kontakt med oksygen i luften, er det normalt at deler av dette metallet danner et tynt lag med Fe3O4 (magnetitt) på overflaten. Den konstante kontakten med oksygen i luften og fuktighet gir opphav til andre oksiderte arter, som FeOOH, i de krystallinske formene α-FeOOH (goetitt) og γ-FeOOH (lepidokrositt). Disse artene overlapper lagvis langs rusten.

konsekvenser av rust

Prosessen med rustdannelse er innenfor korrosjonsfeltet., et problem med stor innvirkning på økonomiene i industrialiserte og utviklede land.

Det er anslått at rundt 30 % av verdens jern- og stålproduksjon går tapt på grunn av korrosjon., en kostnad som kan tilsvare 1 til 5 % av landenes BNP. I 2019 brukte Brasil for eksempel rundt 290 milliarder BRL (omtrent 4 % av BNP) på korrosjonsvedlikehold.

Kostnadene for å vedlikeholde strukturer er nødvendige, siden utskifting kan være dyrere, og i tillegg forårsaker rust alvorlig skade på strukturell sikkerhet. Ved oksidering mister metallet sine gode mekaniske egenskaper. Oksydene som dannes er generelt sprø og kan kompromittere deler, strukturer og utstyr. Ikke nok med det, de kan også forurense det emballerte produktet, hvis dette for eksempel er mat.

Metallstruktur tatt av rustkorrosjon.
Metallstruktur tatt av korrosjon.

I tillegg til de direkte kostnadene ved å erstatte og vedlikeholde rustne deler, rust kan også gi indirekte problemer. En struktur som en bro eller en overgang, som må stenges for vedlikehold, kan forårsake store forstyrrelser i bevegelsen av mennesker, og påvirke lokalsamfunn og arbeidsrutinen. Rustne maskiner kan miste effektivitet eller fjernes fra produksjonslinjen for vedlikehold, og dermed redusere produktiviteten.

Hvordan unngå rust?

For tiden er det allerede antioksidative eller antikorrosive teknikker som drastisk reduserer dannelsen av rust på metalldeler. Blant dem kan vi trekke frem noen, som f.eks katodisk og anodisk beskyttelse, anti-korrosjonsbelegg og korrosjonshemmere.

Katodiske beskyttere, en av måtene å forhindre rust på, på skipsskrog.
 Katodebeskyttere på skipets skrog.

Ved katodisk beskyttelse er metallet av interesse beskyttet av et metall med lettere oksidasjon (lavere reduksjonspotensial) satt inn i strukturen, som gir opphav til en galvanisk celle. På denne måten fungerer det innsatte metallet som en anode, oksiderer og beskytter deretter den metalliske strukturen av interesse, som fungerer som en katode og forblir i sin reduserte (metalliske) form. Den innsatte anoden er vanligvis kjent, i denne teknikken, som "offermetall", nettopp fordi den oksiderer i stedet for en annen.

Bruken av belegg forhindrer at metallstrukturen kommer i kontakt med det oksidative miljøet, og skaper dermed en barriere som vil hindre eller til og med forhindre dannelse av rust. Et eksempel er epoksidmaling og rødt bly, som beskytter blant annet rør, rekkverk, porter. Et annet kjent belegg er galvanisering, som består i å belegge jernstykket med et mindre edelt metall. Dette er tilfellet med galvaniserte skruer, hvor jernstrukturen er belagt med sinkmetall.

Arbeidergalvaniseringsstål, en av rusthemmerne.
Arbeider galvanisering stål.

Korrosjonshemmere er kjemiske stoffer, av organisk eller uorganisk natur, som tilsettes miljøet for å forhindre rustdannelse. Tanken er å generere produkter i mediet som danner beskyttende filmer og fungerer som en barriere mot metallet, noe som gjør kontakt med det oksiderende mediet vanskelig. For å lære mer om måter å forhindre rust på, klikk her.

Hva er forskjellen mellom rust og korrosjon?

Rust er faktisk stoffet som dannes under korrosjonsprosessen av jern og dets legeringer, for eksempel stål. Korrosjon er bredere, da det gjelder alle prosesser med spontan ødeleggelse av metaller og legeringer, forårsaket av kjemiske, biokjemiske og elektrokjemiske interaksjoner mellom metaller og legeringer med miljøet miljø. Under korrosjon omdannes metaller til termodynamisk mer stabile forbindelser som oksider, hydroksider, salter eller karbonater. Derfor kan vi si det dannelsen av rust er en av prosessene for korrosjon.

Noen forfattere sier at rust er en konsekvens av prosessen med våtkorrosjon eller korrosjon elektrokjemi, siden en slik prosess trenger tilstedeværelse av vann for å skje og det skjer spontant.

Kilder

AZ RUST. Hva er rust og de vanligste typene rust. AZ Rust, c2023. Tilgjengelig i: https://azrust.com/what-is-rust/.

CARNEIRO, C. Utgifter for å begrense stålkorrosjon påvirker 4 % av brasiliansk BNP. SEGS, 2022. Tilgjengelig i: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.

CURTISS-WRIGHT OVERFLATETEKNOLOGIER. Typer rust og hvordan metalloverflatebehandling kan bidra til å forhindre oksidasjon. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Tilgjengelig i: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.

MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korrosjon, nedbrytning og aldring. I: Introduksjon til materialvitenskap, P. 379-399, 2002.

MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. Jeg. W.; MAINIER, F. B. Korrosjon: Et vanlig eksempel på et kjemisk fenomen. Ny kjemi på skolen. n. 19, 2004. Tilgjengelig i: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.

POPOV, f. Nei. Korrosjonsteknikk: Prinsipper og løste problemer. Oxford: Elsevier, 2015.

SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. EN. Korrosjon av karbonstål: en hverdagslig tilnærming i kjemiundervisning. Ny kjemi, v. 38, nei. 2, s. 293-296, 2015. Tilgjengelig i: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.

Av Stefano Araujo Novais
Kjemilærer

Se yrker som passer perfekt for introverte

Karrieren som passer best til din personlighet vil få deg til å føle deg produktiv og gi større t...

read more

Lær hvordan du lager en deilig sjokoladekake på AirFryer

Det er de som lurer seg selv og tror at elektrisk Friter tjener bare til å lage den berømte sunne...

read more

5 vanlige matvarer som kan pakke inn beinene dine

Blant de vanligste smertene som finnes, kan vi fremheve beinsmerter. Du vet den kneplagen som for...

read more