Rdza Jest to czerwonawo-brązowa plama, która pojawia się na powierzchniach żelaznych lub żelaznych, gdy są one wystawione na działanie powietrza i wilgoci. Ponieważ metaliczne żelazo jest niestabilne w kontakcie z powietrzem, powstaje w wyniku utleniania metalicznego żelaza do tlenków lub wodorotlenków żelaza, zwykle reprezentowanych wzorem chemicznym FeOOH.
Rdza jest poważnym problemem społecznym, ponieważ w znacznym stopniu uszkadza struktury, takie jak np mosty, budynki, pojazdy, silniki między innymi wymagające dużych nakładów na naprawę i konserwacja. Rdza jest rodzajem korozji, spontanicznym zjawiskiem niszczenia metali i stopów. Obecnie stosuje się kilka technik, takich jak galwanizacja, w celu zmniejszenia skutków powstawania rdzy.
Przeczytaj też: Jaki związek ma zasolone powietrze z korozją metali?
podsumowanie rdzy
Rdza charakteryzuje się czerwonawo-brązowymi plamami, które tworzą się na powierzchniach żelaza i stopach żelaza, które mają kontakt z powietrzem i wilgocią.
Rdza powstaje, gdy żelazo, które jest niestabilne w obecności tlenu atmosferycznego, utlenia się do tlenków i wodorotlenków żelaza.
Można go przedstawić za pomocą ogólnego wzoru chemicznego FeOOH.
Głównym składnikiem rdzy jest uwodniony tlenek żelaza III Fe2O3∙H2O.
Rdza jest poważnym problemem dla krajów i firm, ponieważ koszty konserwacji i napraw są wysokie.
Powoduje poważne uszkodzenia strukturalne, ponieważ mechanicznie osłabia konstrukcje metalowe.
Istnieją techniki zmniejszania lub łagodzenia rdzy, takie jak ochrona katodowa i galwanizacja.
Tworzenie się rdzy jest rodzajem korozji.
Co powoduje rdzę?
Rdza jest czerwonawo-brązowa plama, która pojawia się na powierzchniach metalowych, a dokładniej na stopach żelaza i żelaza, gdy są one wystawione na działanie atmosfery lub zanurzone w wodach naturalnych. W tym wypadku, metaliczne żelazo (Fe) utlenia się do mieszaniny tlenków (Fe2O3∙H2O i Fe3O4) i wodorotlenki (Fe(OH)2, Fe(OH)3) żelaza, które są również powszechnie reprezentowane przez formułę FeOOH, która ma na celu skondensowanie wszystkich faz żelaza obecnych w rdzy.
Proces, który powoduje rdzę, jest chemicznie znany jako korozja., konsekwencja oddziaływania środowiska na materiał, prowadząca do jego niszczenia, począwszy od jego powierzchni.
Jak powstaje rdza?
Żelazo metaliczne jest termodynamicznie niestabilne w obecności gazowego tlenu., który stanowi około 20% naszej atmosfery i jest środowiskiem, w którym metal ten jest najczęściej narażony.
W tych warunkach jego tlenek tworzy FeO (tlenek żelaza II), Fe2O3 (tlenek żelaza III) i Fe3O4 (tlenek żelaza II, III). Obecność wody czyni medium jeszcze bardziej agresywnym, sprzyjając powstawaniu rdzy (FeOOH). Tak jak zasadowe sole i wodorotlenki do powstania potrzebują wody, rdza, będąca mieszaniną tlenków i wodorotlenków, również potrzebuje wody, co wyjaśnia rolę wilgotności względnej:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
W rejonach o dużej wilgotności względnej powietrza często dochodzi do powstawania tzw. stosu korozyjnego., ze względu na tworzenie się warstwy wody, która skrapla się (skrapla) na powierzchni metalu w całości lub w części.
W takim przypadku musimy zwrócić uwagę na standardowe potencjały redukcyjne danych gatunków:
Wiara2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Wiara3+ (tutaj)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Świadczą o tym wartości Proces utleniania Fe przez O jest chemicznie spontaniczny.2 rozpuszczony w wodzie, ponieważ żelazo ma niższy standardowy potencjał redukcyjny. Dlatego musimy:
Fe (s) → Fe2+ (aq) + 2 i–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 i– → 4OH– (Tutaj)
W skrócie, Powstawanie rdzy można określić jako:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Mimo, że stężenie tlenu w powietrzu jest stałe, jego rozpuszczalność w wodzie jest niska (1,4 x 10–3 mol. Ł–1 H2O przy 20 ° C), który jest szybko zużywany na powierzchni stali (stop metali składający się głównie z żelaza i węgla). Chociaż tlen jest stale uzupełniany przez powietrze, w każdej chwili musi przechodzić przez warstwę grubsza warstwa rdzy ponownie uderza w stal, co z czasem spowalnia szybkość rdzy. korozja.
rodzaje rdzy
Rdza będzie różnić się kolorem w zależności od ilości tlenu i wilgoci.
Czerwona rdza: bogaty w Fe2O3∙H2O (uwodniony tlenek żelaza III), występuje w środowiskach o dużym natlenieniu i wilgotności, będąc najpowszechniejszą postacią, tworzącą się równomiernie.
Żółta rdza: bogaty w FeO(OH)H2O (lub Fe (OH)3) występuje w środowiskach o wysokiej wilgotności, zwykle w metalach występujących z dużymi ilościami stojącej wody, na przykład w pobliżu zlewów i wanien.
czarna rdza: bogaty w Fe3O4, występuje w środowiskach o niskim stężeniu tlenu i umiarkowanej wilgotności. Pojawia się jako czarne plamy, które nie powstają szybko, dlatego łatwo jest z nim walczyć.
brązowa rdza: bogaty w Fe2O3, występuje w środowiskach o wysokim stężeniu tlenu i niskiej wilgotności (nawet bez). Z tego powodu jest to rdza znacznie bardziej sucha, nie występująca równomiernie, ale w określonych punktach na powierzchni.
Zobacz też: Jakie są rodzaje korozji?
Skład chemiczny rdzy
Powszechnie tak się mówi rdza składa się z uwodnionego tlenku żelaza III (Fe2O3∙H2O), ale można zrozumieć, że w jego składzie obecne są inne gatunki żelaza. jak żelazo to jest metal mało stabilny w kontakcie z tlenem w powietrzu, normalne jest, że części tego metalu tworzą cienką warstwę Fe3O4 (magnetyt) na jego powierzchni. Stały kontakt z tlenem zawartym w powietrzu i wilgoci powoduje powstanie innych utlenionych związków, takich jak FeOOH, w postaci krystalicznej α-FeOOH (getyt) i γ-FeOOH (lepidokrokit). Gatunki te nakładają się warstwami wzdłuż rdzy.
skutki rdzy
Proces powstawania rdzy mieści się w zakresie korozji., problem o ogromnym wpływie na gospodarki krajów uprzemysłowionych i rozwiniętych.
Szacuje się, że około 30% światowej produkcji żelaza i stali jest tracone z powodu korozji., koszt, który może odpowiadać od 1 do 5% PKB krajów. Na przykład w 2019 roku Brazylia wydała około 290 miliardów BRL (około 4% swojego PKB) na konserwację antykorozyjną.
Koszty utrzymania konstrukcji są konieczne, ponieważ wymiana może być droższa, a ponadto rdza powoduje poważne szkody dla bezpieczeństwa konstrukcji. Podczas utleniania metal traci swoje dobre właściwości mechaniczne. Tworzące się tlenki są na ogół kruche i mogą uszkodzić części, konstrukcje i wyposażenie. Mało tego, mogą również zanieczyścić zapakowany produkt, jeśli jest to na przykład żywność.
Oprócz bezpośrednich kosztów wymiany i konserwacji zardzewiałych części, rdza może również powodować problemy pośrednie. Konstrukcja taka jak most lub wiadukt, która musi być zamknięta na czas prac konserwacyjnych, może powodować poważne zakłócenia w ruchu ludzi, wpływając na społeczności i rutynę pracy. Zardzewiałe maszyny mogą stracić wydajność lub zostać usunięte z linii produkcyjnej w celu konserwacji, zmniejszając w ten sposób wydajność.
Jak uniknąć rdzy?
Obecnie istnieją już techniki przeciwutleniające lub antykorozyjne, które drastycznie ograniczają powstawanie rdzy na częściach metalowych. Wśród nich możemy wyróżnić kilka, jak np ochrona katodowa i anodowa, powłoki antykorozyjne i inhibitory korozji.
W ochronie katodowej badany metal jest chroniony przez metal łatwiej utleniający się (mniejszy potencjał redukcyjny) wprowadzony w jego strukturę, co daje początek ogniwu galwanicznemu. W ten sposób wstawiony metal działa jak anoda, utlenia się, a następnie chroni metalową strukturę, która działa jak katoda i pozostaje w swojej zredukowanej (metalicznej) formie. Wstawiona anoda jest powszechnie znana w tej technice jako „metal ofiarny”, właśnie dlatego, że utlenia się zamiast innej.
Zastosowanie powłok zapobiega kontaktowi konstrukcji metalowej ze środowiskiem utleniającym, tworząc w ten sposób barierę, która utrudni lub wręcz uniemożliwi powstawanie rdzy. Przykładem są farby epoksydowe i czerwony ołów, które zabezpieczają między innymi rury, balustrady, bramy. Inną znaną powłoką jest galwanizacja, która polega na pokryciu elementu żelaznego mniej szlachetnym metalem. Tak jest w przypadku śrub ocynkowanych, w których żelazna konstrukcja jest pokryta metalicznym cynkiem.
Inhibitory korozji to substancje chemiczne o charakterze organicznym lub nieorganicznym, które są dodawane do środowiska w celu zapobiegania procesowi powstawania rdzy. Chodzi o to, aby w ośrodku wytwarzać produkty, które tworzą folie ochronne i stanowią barierę dla metalu, utrudniając kontakt z ośrodkiem utleniającym. Aby dowiedzieć się więcej o sposobach zapobiegania rdzy, kliknij Tutaj.
Jaka jest różnica między rdzą a korozją?
Rdza jest w rzeczywistości substancją powstającą podczas procesu korozji żelaza i jego stopów, takich jak stal. Korozja jest szersza, gdyż dotyczy wszystkich procesów samoistnego niszczenia metali i stopów, spowodowane chemicznymi, biochemicznymi i elektrochemicznymi oddziaływaniami metali i stopów z otoczeniem środowisko. Podczas korozji metale przekształcają się w bardziej stabilne termodynamicznie związki, takie jak tlenki, wodorotlenki, sole czy węglany. Dlatego możemy tak powiedzieć powstawanie rdzy jest jednym z procesów korozji.
Niektórzy autorzy twierdzą, że rdza jest konsekwencją procesu mokrej korozji lub korozji elektrochemii, ponieważ taki proces wymaga obecności wody i zachodzi spontanicznie.
Źródła
AZ Rdza. Co to jest rdza i najczęstsze rodzaje rdzy. AZ Rdza, ok. 2023 r. Dostępne w: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Wydatki na powstrzymanie korozji stali mają wpływ na 4% brazylijskiego PKB. SEGS, 2022. Dostępne w: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS WRIGG TECHNOLOGIE POWIERZCHNI. Rodzaje rdzewienia i sposób, w jaki obróbka powierzchni metalu może pomóc w zapobieganiu utlenianiu. Curtiss-Wright Technologie powierzchniowe, 2020. Dostępne w: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korozja, degradacja i starzenie. W: Wprowadzenie do nauki o materiałach, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. I. W.; MAINIER, F. B. Korozja: typowy przykład zjawiska chemicznego. Nowa chemia w szkole. N. 19, 2004. Dostępne w: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOW, ur. NIE. Inżynieria korozji: Zasady i rozwiązane problemy. Oksford: Elsevier, 2015.
SILWA, m. w. F.; PEREIRA, M. W.; KODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Korozja stali węglowej: codzienne podejście w nauczaniu chemii. Nowa chemia, w. 38, nie. 2, str. 293-296, 2015. Dostępne w: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Stefano Araujo Novais
Nauczyciel chemii
