Rja Gre za rdečkasto rjav madež, ki se pojavi na železnih ali železnih površinah, ko so izpostavljene zraku in vlagi. Ker je kovinsko železo v stiku z zrakom nestabilno, nastane z oksidacijo kovinskega železa v železove okside ali hidrokside, ki jih običajno predstavlja kemijska formula FeOOH.
Rja je velik problem družbe, saj močno poškoduje strukture, kot je npr mostovi, zgradbe, vozila, motorji, med drugim zahtevajo velike stroške s popravilom in vzdrževanje. Rja je vrsta korozije, spontani pojav uničenja kovin in zlitin. Trenutno se za zmanjšanje vpliva nastajanja rje uporablja več tehnik, kot je galvanizacija.
Preberite tudi: Kako je slan zrak povezan s korozijo kovin?
rja povzetek
Za rjo so značilni rdečkasto rjavi madeži, ki nastanejo na železnih površinah in železovih zlitinah, ki so v stiku z zrakom in vlago.
Rja nastane, ko železo, ki je nestabilno v prisotnosti atmosferskega kisika, oksidira v železove okside in hidrokside.
Lahko ga predstavimo s splošno kemijsko formulo FeOOH.
Glavna sestavina rje je hidratiran železov III oksid, Fe2O3∙H2O.
Rja je velik problem za države in podjetja, saj so stroški vzdrževanja in popravil visoki.
Povzroča velike strukturne udarce, saj mehansko oslabi kovinske konstrukcije.
Obstajajo tehnike za zmanjšanje ali ublažitev rje, kot sta katodna zaščita in galvanizacija.
Tvorba rje je vrsta korozije.
Kaj povzroča rjo?
Rja je a rdečkasto rjav madež, ki se pojavi na kovinskih površinah, natančneje na železu in železovih zlitinah, ko so izpostavljene atmosferi ali potopljene v naravne vode. V tem primeru, kovinsko železo (Fe) se oksidira v mešanico oksidov (Fe2O3∙H2O in Fe3O4) in hidroksidi (Fe(OH)2, Fe(OH)3) železa, ki so prav tako običajno predstavljeni s formulo FeOOH, ki želi kondenzirati vse železove faze, prisotne v rji.
Proces, ki povzroča rjo, je kemično znan kot korozija., posledica delovanja okolja na material, ki vodi do njegovega poslabšanja, začenši z njegove površine.
Kako nastane rja?
Kovinsko železo je termodinamično nestabilno v prisotnosti kisika., ki predstavlja približno 20 % našega ozračja in je medij, v katerem je takšna kovina najpogosteje izpostavljena.
Pod temi pogoji njegov oksid tvori FeO (železov oksid II), Fe2O3 (železov III oksid) in Fe3O4 (Železov II, III oksid). Prisotnost vode naredi medij še bolj agresiven, kar spodbuja nastanek rje (FeOOH). Tako kot bazične soli in hidroksidi potrebujejo vodo za nastanek, tudi rja, mešanica oksidov in hidroksidov, potrebuje vodo, zaradi česar je vloga relativne vlažnosti jasna:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
V območjih z visoko relativno vlažnostjo zraka je pogost nastanek tako imenovanega korozijskega kupa., zaradi tvorbe vodne plasti, ki se v celoti ali delno kondenzira (utekočini) na kovinski površini.
V tem primeru moramo biti pozorni na standardne redukcijske potenciale zadevne vrste:
vera2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
vera3+ (tukaj)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Vrednosti to kažejo Proces, pri katerem se Fe oksidira z O, je kemično spontan.2 raztopljen v vodi, saj ima železo manjši standardni redukcijski potencial. Zato moramo:
Fe(i) → Fe2+ (aq) + 2 in–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 in– → 4OH– (tukaj)
Na kratko, Tvorba rje je lahko navedena kot:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Čeprav je koncentracija kisika v zraku konstantna, je njegova topnost v vodi majhna (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O pri 20 °C), ki se hitro porabi na jekleni površini (kovinska zlitina, sestavljena predvsem iz železa in ogljika). Čeprav ga zrak nenehno dopolnjuje, mora ta kisik v vsakem trenutku preiti skozi plast debelejša plast rje ponovno udari po jeklu, kar sčasoma upočasni hitrost rje. korozija.
vrste rje
Barva rje se razlikuje glede na količino kisika in vlage.
Rdeča rja: bogato z Fe2O3∙H2O (hidratiran železov III oksid) se pojavlja v okoljih z visoko oksigenacijo in vlažnostjo, saj je najpogostejša oblika, ki se tvori enakomerno.
Rumena rja: bogata z FeO(OH)H2O (ali Fe(OH)3), se pojavi v okoljih z visoko vlažnostjo, običajno v kovinah, ki jih najdemo z velikimi količinami stoječe vode, na primer v bližini umivalnikov in kopalnih kadi.
črna rja: bogato z Fe3O4, se pojavi v okoljih z nizko koncentracijo kisika in zmerno vlažnostjo. Pojavi se kot črne lise, ki se ne proizvedejo hitro, zato se je z njimi enostavno boriti.
rjava rja: bogato z Fe2O3, se pojavi v okoljih z visoko koncentracijo kisika in nizko vlažnostjo (tudi brez). Zaradi tega je veliko bolj suha vrsta rje, ki se ne pojavlja enakomerno, ampak na določenih točkah na površini.
Glej tudi: Katere so vrste korozije?
Kemična sestava rje
Običajno se reče, da Rja je sestavljena iz hidriranega železovega III oksida (Fe2O3∙H2O), vendar je mogoče razumeti, da so v njegovi sestavi prisotne druge vrste železa. kot železo to je kovina malo stabilen v stiku s kisikom v zraku, normalno je, da deli te kovine tvorijo tanko plast Fe3O4 (magnetit) na njegovi površini. Stalni stik s kisikom v zraku in vlago povzroči nastanek drugih oksidiranih spojin, kot je FeOOH, v kristalnih oblikah α-FeOOH (goethite) in γ-FeOOH (lepidokrokit). Te vrste se prekrivajo v plasteh vzdolž rje.
posledice rje
Proces nastajanja rje je znotraj polja korozije., problem velikega vpliva na gospodarstva industrializiranih in razvitih držav.
Ocenjuje se, da se približno 30 % svetovne proizvodnje železa in jekla izgubi zaradi korozije., strošek, ki lahko ustreza 1 do 5 % BDP držav. Leta 2019 je Brazilija na primer porabila približno 290 milijard BRL (približno 4 % svojega BDP) za vzdrževanje proti koroziji.
Stroški vzdrževanja konstrukcij so nujni, saj je zamenjava lahko dražja, poleg tega pa rja resno škoduje konstrukcijski varnosti. Pri oksidaciji kovina izgubi dobre mehanske lastnosti. Nastali oksidi so na splošno krhki in lahko ogrozijo dele, strukture in opremo. Ne samo to, onesnažijo lahko tudi pakiran izdelek, če je to na primer živilo.
Poleg neposrednih stroškov zamenjave in vzdrževanja zarjavelih delov, rja lahko povzroči tudi posredne težave. Struktura, kot je most ali nadvoz, ki jo je treba zaradi vzdrževanja zapreti, lahko povzroči velike motnje v gibanju ljudi, kar vpliva na skupnosti in delovno rutino. Zarjaveli stroji lahko izgubijo učinkovitost ali pa jih odstranijo s proizvodne linije zaradi vzdrževanja, kar zmanjša produktivnost.
Kako se izogniti rji?
Trenutno že obstajajo antioksidativne ali protikorozijske tehnike, ki drastično zmanjšajo nastanek rje na kovinskih delih. Med njimi lahko izpostavimo nekatere, kot npr katodna in anodna zaščita, protikorozijski premazi in zaviralci korozije.
Pri katodni zaščiti je kovina, ki nas zanima, zaščitena s kovino lažje oksidacije (nižji redukcijski potencial), ki je vstavljena v njeno strukturo, kar povzroči galvanski člen. Na ta način vstavljena kovina deluje kot anoda, oksidira in nato zaščiti želeno kovinsko strukturo, ki deluje kot katoda in ostane v reducirani (kovinski) obliki. Vstavljena anoda je v tej tehniki splošno znana kot "žrtvena kovina", prav zato, ker oksidira namesto druge.
Uporaba premazov prepreči stik kovinske konstrukcije z oksidativnim okoljem in tako ustvari bariero, ki bo ovirala ali celo preprečevala nastanek rje. Primer so epoksidne barve in rdeči svinec, ki med drugim ščitijo cevi, ograje, vrata. Druga znana prevleka je galvanizacija, ki je sestavljena iz prevleke železnega kosa z manj plemenito kovino. To je primer pocinkanih vijakov, pri katerih je železna konstrukcija prevlečena s kovino cinka.
Inhibitorji korozije so kemične snovi, organske ali anorganske narave, ki se dodajajo v okolje, da bi preprečili proces nastajanja rje. Ideja je ustvariti izdelke v mediju, ki tvorijo zaščitne filme in delujejo kot ovira za kovino, kar oteži stik z oksidacijskim medijem. Če želite izvedeti več o načinih za preprečevanje rje, kliknite tukaj.
Kakšna je razlika med rjo in korozijo?
Rja je pravzaprav snov, ki nastane med procesom korozije železa in njegovih zlitin, kot je jeklo. Korozija je širša, saj zajema vse procese spontanega uničenja kovin in zlitin, ki jih povzročajo kemične, biokemične in elektrokemične interakcije med kovinami in zlitinami z okoljem okolju. Med korozijo se kovine pretvorijo v termodinamično bolj stabilne spojine, kot so oksidi, hidroksidi, soli ali karbonati. Zato lahko rečemo, da nastanek rje je eden od procesov korozije.
Nekateri avtorji pravijo, da je rja posledica procesa mokre korozije ali korozije elektrokemija, saj je za tak proces potrebna prisotnost vode in se zgodi spontano.
Viri
AZ RJA. Kaj je rja in najpogostejše vrste rje. AZ Rust, c2023. Na voljo v: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Poraba za zajezitev korozije jekla vpliva na 4 % brazilskega BDP. SEGS, 2022. Na voljo v: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT POVRŠINSKE TEHNOLOGIJE. Vrste rjavenja in kako lahko obdelava kovinske površine pomaga preprečiti oksidacijo. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Na voljo 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. Korozija, razgradnja in staranje. V: Uvod v znanost o materialih, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. jaz. W.; MAINIER, F. B. Korozija: običajen primer kemičnega pojava. Nova kemija v šoli. n. 19, 2004. Na voljo v: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, roj. št. Korozijsko inženirstvo: Načela in rešeni problemi. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; KODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Korozija ogljikovega jekla: vsakdanji pristop pri pouku kemije. Nova kemija, v. 38, št. 2, str. 293-296, 2015. Na voljo v: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Avtor: Stefano Araujo Novais
Učiteljica kemije