Ржавчина Это красновато-коричневое пятно, которое появляется на железных или железных поверхностях, когда они подвергаются воздействию воздуха и влаги. Поскольку металлическое железо нестабильно при контакте с воздухом, оно образуется в результате окисления металлического железа до оксидов или гидроксидов железа, обычно представленных химической формулой FeOOH.
Ржавчина является серьезной проблемой для общества, поскольку она значительно повреждает такие конструкции, как мосты, здания, транспортные средства, двигатели и др., требующие больших затрат на ремонт и обслуживание. Ржавчина — вид коррозии, самопроизвольное явление разрушения металлов и сплавов. В настоящее время для уменьшения влияния образования ржавчины используется несколько методов, таких как гальванизация.
Читайте также: Как соленый воздух связан с коррозией металлов?
резюме ржавчины
Ржавчина характеризуется красновато-коричневыми пятнами, образующимися на железных поверхностях и ферросплавах, контактирующих с воздухом и влагой.
Ржавчина образуется, когда железо, нестабильное в присутствии кислорода воздуха, окисляется до оксидов и гидроксидов железа.
Его можно представить общей химической формулой FeOOH.
Основным компонентом ржавчины является гидратированный оксид железа III, Fe2О3∙Ч2О.
Ржавчина является серьезной проблемой для стран и компаний, поскольку затраты на техническое обслуживание и ремонт высоки.
Он вызывает серьезные структурные воздействия, так как механически ослабляет металлические конструкции.
Существуют методы уменьшения или смягчения ржавчины, такие как катодная защита и гальванизация.
Образование ржавчины является разновидностью коррозии.
Что вызывает ржавчину?
Ржавчина — это красновато-коричневое пятно, которое появляется на металлических поверхностях, особенно на железе и сплавах железа, когда они подвергаются воздействию атмосферы или погружены в природные воды.. В таком случае, металлическое железо (Fe) окисляется до смеси оксидов ( Fe2О3∙Ч2О и Fe3О4) и гидроксиды (Fe(OH)2, Fe(ОН)3) железа, которые также обычно представлены формулой FeOOH, которая стремится конденсировать все фазы железа, присутствующие в ржавчине.
Процесс, который вызывает ржавчину, химически известен как коррозия., следствие воздействия окружающей среды на материал, приводящее к его порче, начиная с его поверхности.
Как возникает ржавчина?
Металлическое железо термодинамически неустойчиво в присутствии газообразного кислорода., который составляет около 20% нашей атмосферы и является средой, в которой такой металл чаще всего подвергается воздействию.
В этих условиях его оксид образует FeO (оксид железа II), Fe2О3 (оксид железа III) и Fe3О4 (железо II, III оксид). Наличие воды делает среду еще более агрессивной, способствуя образованию ржавчины (FeOOH).. Так же, как основные соли и гидроксиды нуждаются в воде для своего образования, ржавчина, смесь оксидов и гидроксидов, также нуждается в воде, что делает очевидной роль относительной влажности:
4 Fe3О4 (с) + О2 (г) + 6Н2O (ж) → 12 FeOOH (т)
В районах с повышенной относительной влажностью воздуха распространено образование так называемого коррозионного вала., за счет образования слоя воды, которая конденсируется (разжижается) на поверхности металла полностью или частично.
В этом случае мы должны обратить внимание на стандартные восстановительные потенциалы вовлеченных видов:
Вера2+ (водн.)/Fe (т): E° = –0,44 В
Вера3+ (здесь) / Fe2+ (водный): E° = 0,77 В
О2 (г)/ОН– (водный): E° = 0,82 В
Значения показывают, что Процесс, в котором Fe окисляется O, является химически самопроизвольным.2 растворенный в воде, так как железо имеет более низкий стандартный восстановительный потенциал. Поэтому мы должны:
Fe(тв) → Fe2+ (водн.) + 2 и–
О2 (г) + 2Н2О(1) + 4 и– → 4ОН– (здесь)
Вкратце, Образование ржавчины можно представить как:
2 Fe2+ (водн.) + О2 (г) + 4 ОН– (водн.) → 2 FeOOH (т) + 2 H2О (л)
Хотя концентрация кислорода в воздухе постоянна, его растворимость в воде низкая (1,4 х 10–3 мол. л–1 ЧАС2O при 20 °C), который быстро расходуется на поверхности стали (металлический сплав, состоящий в основном из железа и углерода). Хотя этот кислород постоянно пополняется воздухом, он в каждое мгновение должен проходить через слой более толстый слой ржавчины, чтобы снова ударить по стали, что со временем замедляет скорость коррозии. коррозия.
виды ржавчины
Ржавчина будет различаться по цвету в зависимости от количества кислорода и влаги.
Красная ржавчина: богат Fe2О3∙Ч2O (гидратированный оксид железа III) встречается в средах с высокой оксигенацией и влажностью, являясь наиболее распространенной формой, образующейся равномерно.
Желтая ржавчина: богат FeO(OH)H2О (или Fe (ОН)3), возникает в среде с высокой влажностью, обычно в металлах с большим количеством стоячей воды, например, рядом с раковинами и ваннами.
черная ржавчина: богат Fe3О4, происходит в средах с низкой концентрацией кислорода и умеренной влажностью. Он проявляется в виде черных пятен, образующихся не быстро, поэтому с ним легко бороться.
бурая ржавчина: богат Fe2О3, возникает в средах с высокой концентрацией кислорода и низкой влажностью (даже без нее). Из-за этого это гораздо более сухой тип ржавчины, возникающий не равномерно, а в определенных точках на поверхности.
Смотрите также: Какие бывают виды коррозии?
Химический состав ржавчины
Обычно говорят, что ржавчина состоит из гидратированного оксида железа III ( Fe2О3∙Ч2О), но можно понять, что в его составе присутствуют другие разновидности железа. как железо это металл мало стабилен при контакте с кислородом воздуха, для частей этого металла нормально образовывать тонкий слой Fe3О4 (магнетит) на его поверхности. Постоянный контакт с кислородом воздуха и влажностью приводит к образованию других окисленных форм, таких как FeOOH, в кристаллических формах α-FeOOH (гетит) и γ-FeOOH (лепидокрокит). Эти виды перекрываются слоями вдоль ржавчины.
последствия ржавчины
Процесс образования ржавчины находится в области коррозии., проблема большого воздействия на экономику промышленно развитых и развитых стран.
Подсчитано, что около 30% мирового производства чугуна и стали теряется из-за коррозии., стоимость, которая может соответствовать от 1 до 5% ВВП стран. Например, в 2019 году Бразилия потратила около 290 миллиардов бразильских реалов (около 4% своего ВВП) на антикоррозионное обслуживание.
Затраты на содержание конструкций необходимы, так как замена может обойтись дороже, и, кроме того, ржавчина наносит серьезный ущерб безопасности конструкции.. При окислении металл теряет свои хорошие механические свойства. Образующиеся оксиды, как правило, хрупкие и могут повредить детали, конструкции и оборудование. Мало того, они еще могут загрязнить упакованный продукт, если это, например, продукты питания.
Помимо прямых затрат на замену и техническое обслуживание проржавевших деталей, ржавчина также может принести косвенные проблемы. Такое сооружение, как мост или эстакада, которое необходимо закрыть на техническое обслуживание, может привести к серьезным нарушениям в передвижении людей, влияя на сообщества и рабочий распорядок. Ржавое оборудование может потерять эффективность или быть снято с производственной линии для обслуживания, что снижает производительность.
Как избежать ржавчины?
В настоящее время уже существуют антиоксидантные или антикоррозионные методы, которые резко снижают образование ржавчины на металлических деталях. Среди них можно выделить некоторые, такие как катодная и анодная защита, антикоррозионные покрытия и ингибиторы коррозии.
При катодной защите интересующий металл защищается металлом с более легким окислением (с более низким восстановительным потенциалом), включенным в его структуру, что приводит к возникновению гальванического элемента. Таким образом, введенный металл действует как анод, окисляется, а затем защищает интересующую металлическую структуру, которая действует как катод и остается в восстановленной (металлической) форме. Вставленный анод широко известен в этой технике как «жертвенный металл» именно потому, что он окисляется вместо другого.
Использование покрытий предотвращает контакт металлической конструкции с окислительной средой, создавая таким образом барьер, который будет препятствовать или даже предотвращать образование ржавчины. Примером могут служить эпоксидные краски и сурик, которые защищают трубы, перила, ворота и другие предметы. Другим известным покрытием является гальванизация, которая заключается в покрытии железной детали менее благородным металлом. Это случай оцинкованных винтов, в которых железная структура покрыта металлическим цинком.
Ингибиторы коррозии представляют собой химические вещества органической или неорганической природы, которые добавляют в окружающую среду, чтобы предотвратить процесс образования ржавчины. Идея состоит в том, чтобы создавать продукты в среде, которые образуют защитные пленки и действуют как барьер для металла, затрудняя контакт с окисляющей средой. Чтобы узнать больше о способах предотвращения ржавчины, нажмите здесь.
В чем разница между ржавчиной и коррозией?
На самом деле ржавчина — это вещество, образующееся в процессе коррозии железа и его сплавов, таких как сталь. Коррозия шире, так как касается всех процессов самопроизвольного разрушения металлов и сплавов, обусловленные химическими, биохимическими и электрохимическими взаимодействиями металлов и сплавов с окружающей средой среда. В процессе коррозии металлы превращаются в термодинамически более стабильные соединения, такие как оксиды, гидроксиды, соли или карбонаты. Следовательно, мы можем сказать, что образование ржавчины является одним из процессов коррозии.
Некоторые авторы говорят, что ржавчина является следствием процесса мокрой коррозии или коррозии электрохимия, так как для такого процесса необходимо присутствие воды, а происходит спонтанно.
Источники
АЗ РУСТ. Что такое ржавчина и наиболее распространенные виды ржавчины. АЗ Ржавчина, c2023. Доступно в: https://azrust.com/what-is-rust/.
КАРНЕЙРО, К. Расходы на сдерживание коррозии стали влияют на 4% ВВП Бразилии. СЭГ, 2022. Доступно в: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT SURFACE TECHNOLOGIES. Типы ржавчины и как обработка поверхности металла может помочь предотвратить окисление. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Доступно в: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
МЕРСЬЕ, Дж. П.; ЗАМБЕЛЛИ, Г.; КУРЦ, В. Коррозия, деградация и старение. В: Введение в материаловедение, П. 379-399, 2002.
МЕРСОН, Ф.; ГИМАРЕШ, П. я. В.; МАЙНЬЕ, Ф. Б. Коррозия: обычный пример химического явления. Новая химия в школе. н. 19, 2004. Доступно в: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
ПОПОВ, б. Нет. Коррозионная инженерия: Принципы и решаемые проблемы. Оксфорд: Эльзевир, 2015.
СИЛЬВА, м. в. Ф.; ПЕРЕЙРА, М. В.; КОДАРО, Э. Н.; АКЧАРИ, Х. А. Коррозия углеродистой стали: повседневный подход в обучении химии. Новая химия, в. 38, нет. 2, с. 293-296, 2015. Доступно в: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Стефано Араужо Новаис
Учитель химии
