Hrdza Je to červenohnedá škvrna, ktorá sa objavuje na železných alebo železných povrchoch, keď sú vystavené vzduchu a vlhkosti. Keďže kovové železo je nestabilné v kontakte so vzduchom, vzniká oxidáciou kovového železa na oxidy alebo hydroxidy železa, ktoré sú bežne reprezentované chemickým vzorcom FeOOH.
Hrdza je pre spoločnosť veľkým problémom nakoľko výrazne poškodzuje štruktúry ako napr mosty, budovy, vozidlá, motory, okrem iného, vyžadujúce veľké náklady na opravu a údržbu. Hrdza je druh korózie, spontánny jav deštrukcie kovov a zliatin. V súčasnosti sa na zníženie vplyvu tvorby hrdze používa niekoľko techník, ako je galvanizácia.
Prečítajte si tiež: Ako súvisí slaný vzduch s koróziou kovov?
Témy tohto článku
- 1 - Súhrn o hrdze
- 2 - Čo spôsobuje hrdzu?
- 3 - Ako vzniká hrdza?
- 4 - Druhy hrdze
- 5 - Chemické zloženie hrdze
- 6 - Následky hrdze
- 7 - Ako sa vyhnúť hrdzi?
- 8 - Aký je rozdiel medzi hrdzou a koróziou?
zhrnutie hrdze
Pre hrdzu sú charakteristické červenohnedé škvrny, ktoré sa tvoria na železných povrchoch a zliatinách železa, ktoré sú v kontakte so vzduchom a vlhkosťou.
Hrdza vzniká, keď sa železo, ktoré je nestabilné v prítomnosti vzdušného kyslíka, oxiduje na oxidy a hydroxidy železa.
Môže byť vyjadrený všeobecným chemickým vzorcom FeOOH.
Hlavnou zložkou hrdze je hydratovaný oxid železitý, Fe2O3∙H2O.
Hrdza je pre krajiny a spoločnosti veľkým problémom, keďže náklady na údržbu a opravy sú vysoké.
Spôsobuje veľké štrukturálne vplyvy, pretože mechanicky oslabuje kovové konštrukcie.
Existujú techniky na zníženie alebo zmiernenie hrdze, ako je katódová ochrana a galvanizácia.
Tvorba hrdze je druh korózie.
Čo spôsobuje hrdzu?
Hrdza je a červenohnedá škvrna, ktorá sa objavuje na kovových povrchoch, presnejšie na železe a zliatinách železa, keď sú vystavené atmosfére alebo ponorené do prírodných vôd. V tom prípade, kovové železo (Fe) sa oxiduje na zmes oxidov (Fe2O3∙H2O a Fe3O4) a hydroxidy (Fe(OH)2, Fe(OH)3) železa, ktoré sú tiež bežne reprezentované vzorcom FeOOH, ktorý sa snaží kondenzovať všetky železné fázy prítomné v hrdze.
Proces, ktorý spôsobuje hrdzu, je chemicky známy ako korózia., dôsledok pôsobenia prostredia na materiál, ktorý vedie k jeho znehodnoteniu, počnúc od jeho povrchu.
Neprestávaj teraz... Po publicite je toho viac ;)
Ako vzniká hrdza?
Kovové železo je termodynamicky nestabilné v prítomnosti plynného kyslíka., ktorý tvorí asi 20 % našej atmosféry a je médiom, v ktorom je takýto kov najčastejšie vystavený.
Za týchto podmienok jeho oxid tvorí FeO (oxid železa II), Fe2O3 (oxid železitý) a Fe3O4 (oxid železa II, III). Prítomnosť vody robí médium ešte agresívnejším, čo podporuje tvorbu hrdze (FeOOH). Tak ako zásadité soli a hydroxidy potrebujú na svoj vznik vodu, aj hrdza, zmes oxidov a hydroxidov, potrebuje vodu, čím je úloha relatívnej vlhkosti jasná:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
V oblastiach s vysokou relatívnou vlhkosťou vzduchu je bežná tvorba tzv., v dôsledku vytvorenia vrstvy vody, ktorá kondenzuje (skvapalňuje) na kovovom povrchu úplne alebo čiastočne.
V tomto prípade musíme venovať pozornosť štandardným redukčným potenciálom príslušných druhov:
Viera2+ (aq)/Fe (s): E° = -0,44 V
Viera3+ (tu)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Hodnoty to ukazujú Proces, pri ktorom sa Fe oxiduje kyslíkom, je chemicky spontánny.2 rozpustený vo vode, pretože železo má nižší štandardný redukčný potenciál. Preto musíme:
Fe(y) → Fe2+ (aq) + 2 a–
O2 (g) + 2H20(1) + 4 a– → 4OH– (tu)
v skratke, Tvorba hrdze môže byť daná ako:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 40H– (aq) -> 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Hoci je koncentrácia kyslíka vo vzduchu konštantná, jeho rozpustnosť vo vode je nízka (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O pri 20 °C), ktorý sa rýchlo spotrebúva na povrchu ocele (kovová zliatina zložená hlavne zo železa a uhlíka). Hoci sa tento kyslík neustále dopĺňa vzduchom, musí v každom okamihu prejsť vrstvou hrubšia vrstva hrdze, aby opäť zasiahla oceľ, čo časom spomaľuje rýchlosť hrdze. korózia.
druhy hrdze
Farba hrdze sa bude líšiť v závislosti od množstva kyslíka a vlhkosti.
Červená hrdza: bohaté na Fe2O3∙H2O (hydratovaný oxid železitý) sa vyskytuje v prostrediach s vysokým okysličením a vlhkosťou, pričom ide o najbežnejšiu formu, ktorá sa tvorí rovnomerne.
Žltá hrdza: bohaté na FeO(OH)H2O (alebo Fe(OH)3), sa vyskytuje v prostrediach s vysokou vlhkosťou, zvyčajne v kovoch, ktoré sa nachádzajú s veľkým množstvom stojatej vody, ako sú napríklad umývadlá a vane.
čierna hrdza: bohaté na Fe3O4sa vyskytuje v prostrediach s nízkou koncentráciou kyslíka a miernou vlhkosťou. Vyzerá to ako čierne škvrny, ktoré sa nevytvárajú rýchlo, a preto je ľahké s nimi bojovať.
hnedá hrdza: bohaté na Fe2O3, sa vyskytuje v prostrediach s vysokou koncentráciou kyslíka a nízkou vlhkosťou (aj bez). Z tohto dôvodu ide o oveľa suchší typ hrdze, ktorý sa nevyskytuje rovnomerne, ale v špecifických bodoch na povrchu.
Pozri tiež: Aké sú druhy korózie?
Chemické zloženie hrdze
Bežne sa to hovorí Hrdza sa skladá z hydratovaného oxidu železitého (Fe2O3∙H2O), ale dá sa pochopiť, že v jeho zložení sú prítomné aj iné druhy železa. ako železo je to kov málo stabilný v kontakte so vzdušným kyslíkom, je normálne, že časti tohto kovu tvoria tenkú vrstvu Fe3O4 (magnetit) na jeho povrchu. Neustálym kontaktom s kyslíkom vo vzduchu a vlhkosťou vznikajú ďalšie oxidované častice, ako je FeOOH, v kryštalických formách α-FeOOH (goethit) a γ-FeOOH (lepidokrocit). Tieto druhy sa prekrývajú vo vrstvách pozdĺž hrdze.
následky hrdze
Proces tvorby hrdze patrí do oblasti korózie., problém s veľkým dopadom na ekonomiky priemyselných a rozvinutých krajín.
Odhaduje sa, že približne 30 % svetovej produkcie železa a ocele sa stráca v dôsledku korózie., náklady, ktoré môžu zodpovedať 1 až 5 % HDP krajín. V roku 2019 napríklad Brazília minula približne 290 miliárd BRL (asi 4 % svojho HDP) na údržbu korózie.
Náklady na údržbu konštrukcií sú nevyhnutné, pretože výmena môže byť drahšia a hrdza navyše spôsobuje vážne poškodenie konštrukčnej bezpečnosti. Pri oxidácii kov stráca svoje dobré mechanické vlastnosti. Vzniknuté oxidy sú vo všeobecnosti krehké a môžu ohroziť časti, konštrukcie a zariadenia. A nielen to, môžu kontaminovať aj zabalený výrobok, ak ide napríklad o potraviny.
Okrem priamych nákladov na výmenu a údržbu zhrdzavených dielov, hrdzavenie môže priniesť aj nepriame problémy. Konštrukcia, ako je most alebo nadjazd, ktorý je potrebné uzavrieť z dôvodu údržby, môže spôsobiť veľké narušenie pohybu ľudí, čo ovplyvní komunity a pracovný režim. Hrdzavé stroje môžu stratiť efektivitu alebo môžu byť odstránené z výrobnej linky kvôli údržbe, čím sa znižuje produktivita.
Ako sa vyhnúť hrdzi?
V súčasnosti už existujú antioxidačné alebo antikorózne techniky, ktoré drasticky znižujú tvorbu hrdze na kovových častiach. Spomedzi nich môžeme vyzdvihnúť niektoré, ako napr katodická a anodická ochrana, antikorózne nátery a inhibítory korózie.
Pri katódovej ochrane je predmetný kov chránený kovom s ľahšou oxidáciou (nižší redukčný potenciál) vloženým do jeho štruktúry, čím vzniká galvanický článok. Týmto spôsobom vložený kov pôsobí ako anóda, oxiduje a potom chráni kovovú štruktúru, ktorá je predmetom záujmu, ktorá pôsobí ako katóda a zostáva vo svojej redukovanej (kovovej) forme. Vložená anóda je v tejto technike bežne známa ako „obetovaný kov“ práve preto, že oxiduje namiesto inej.
Použitie náterov zabraňuje kontaktu kovovej konštrukcie s oxidačným prostredím, čím sa vytvára bariéra, ktorá bude brániť alebo dokonca brániť tvorbe hrdze. Príkladom sú epoxidové farby a červené olovo, ktoré okrem iného chránia potrubia, zábradlia, brány. Ďalším známym povlakom je galvanizácia, ktorá pozostáva z povlaku železného kusu menej ušľachtilým kovom. To je prípad pozinkovaných skrutiek, pri ktorých je železná konštrukcia potiahnutá zinkovým kovom.
Inhibítory korózie sú chemické látky organickej alebo anorganickej povahy, ktoré sa pridávajú do prostredia, aby sa zabránilo procesu tvorby hrdze. Cieľom je vytvárať produkty v médiu, ktoré tvoria ochranné filmy a pôsobia ako bariéra pre kov, čo sťažuje kontakt s oxidačným médiom. Ak sa chcete dozvedieť viac o spôsoboch, ako zabrániť hrdzi, kliknite tu.
Aký je rozdiel medzi hrdzou a koróziou?
Hrdza je vlastne látka, ktorá vzniká pri koróznom procese železa a jeho zliatin, ako je oceľ. Korózia je širšia, keďže sa týka všetkých procesov samovoľného rozkladu kovov a zliatin, spôsobené chemickými, biochemickými a elektrochemickými interakciami medzi kovmi a zliatinami s prostredím životné prostredie. Pri korózii sa kovy premieňajú na termodynamicky stabilnejšie zlúčeniny, ako sú oxidy, hydroxidy, soli alebo uhličitany. Preto to môžeme povedať tvorba hrdze je jedným z procesov korózie.
Niektorí autori tvrdia, že hrdza je dôsledkom procesu mokrej korózie alebo korózie elektrochémia, keďže takýto proces potrebuje na to, aby prebehol prítomnosť vody a to sa aj deje spontánne.
Zdroje
AZ RUST. Čo je hrdza a najbežnejšie typy hrdze. AZ Rust, c2023. Dostupné v: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Výdavky na potlačenie korózie ocele majú dopad na 4 % brazílskeho HDP. SEGS, 2022. Dostupné v: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
POVRCHOVÉ TECHNOLÓGIE CURTISS-WRIGHT. Druhy hrdzavenia a ako môže povrchová úprava kovov pomôcť zabrániť oxidácii. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Dostupné v: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korózia, degradácia a starnutie. V: Úvod do vedy o materiáloch, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. i. W.; MAINER, F. B. Korózia: Obvyklý príklad chemického javu. Nová chémia v škole. n. 19, 2004. Dostupné v: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, nar. Nie korózne inžinierstvo: Princípy a vyriešené problémy. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Korózia uhlíkovej ocele: každodenný prístup vo výučbe chémie. Nová chémia, v. 38, č. 2, str. 293-296, 2015. Dostupné v: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Autor: Stefano Araujo Novais
Učiteľ chémie
Ku korózii kovov, najmä železa, dochádza pri elektrochemických procesoch oxidačno-redukčných reakcií.
Pochopte, prečo morský vzduch v pobrežných oblastiach prispieva ku korózii kovových štruktúr.
Výhody a škody spôsobené kyslíkom.
Ochrana proti korózii železa môže byť vykonaná farbami, špeciálnymi oceľami alebo katódovou ochranou.
Vedieť, čo znamená pojem korózia a aký je rozdiel medzi chemickou, elektrochemickou a elektrolytickou koróziou.
