Rost Det är en rödbrun fläck som uppstår på järn- eller järnytor när de utsätts för luft och fukt. Eftersom metalliskt järn är instabilt i kontakt med luft, bildas det genom oxidation av metalliskt järn till järnoxider eller -hydroxider, vanligtvis representerade av den kemiska formeln FeOOH.
Rost är ett stort problem för samhället då det avsevärt skadar strukturer som t.ex broar, byggnader, fordon, motorer, bland annat, som kräver stora utgifter med reparation och underhåll. Rost är en typ av korrosion, ett spontant fenomen av förstörelse av metaller och legeringar. För närvarande används flera tekniker, såsom galvanisering, för att minska påverkan av rostbildning.
Läs också: Hur är salt luft relaterad till korrosion av metaller?
rost sammanfattning
Rost kännetecknas av rödbruna fläckar som bildas på järnytor och järnlegeringar som är i kontakt med luft och fukt.
Rost bildas när järn, som är instabilt i närvaro av atmosfäriskt syre, oxideras till järnoxider och -hydroxider.
Det kan representeras av den allmänna kemiska formeln FeOOH.
Huvudkomponenten i rost är hydratiserad järn III-oxid, Fe2O3∙H2O.
Rost är ett stort problem för länder och företag, eftersom underhålls- och reparationskostnaderna är höga.
Det orsakar stora strukturella effekter, eftersom det mekaniskt försvagar metalliska strukturer.
Det finns tekniker för att minska eller mildra rost, såsom katodiskt skydd och galvanisering.
Rostbildning är en typ av korrosion.
Vad orsakar rost?
Rost är en rödbrun fläck som uppstår på metalliska ytor, närmare bestämt på järn och järnlegeringar, när de utsätts för atmosfären eller nedsänkt i naturliga vatten. Isåfall, metalliskt järn (Fe) oxideras till en blandning av oxider (Fe2O3∙H2O och Fe3O4) och hydroxider (Fe(OH)2, Fe(OH)3) av järn, som också vanligtvis representeras av FeOOH-formeln, som försöker kondensera alla järnfaser som finns i rost.
Processen som orsakar rost är kemiskt känd som korrosion., konsekvens av miljöns inverkan på ett material, vilket leder till dess försämring, med början från dess yta.
Hur uppstår rost?
Metalliskt järn är termodynamiskt instabilt i närvaro av syrgas., som utgör cirka 20 % av vår atmosfär och är det medium i vilket sådan metall oftast exponeras.
Under dessa förhållanden bildar dess oxid FeO (järnoxid II), Fe2O3 (Järn III-oxid) och Fe3O4 (Järn II, III oxid). Närvaron av vatten gör mediet ännu mer aggressivt, vilket gynnar bildandet av rost (FeOOH). Precis som basala salter och hydroxider behöver vatten för sin bildning, behöver rost, en blandning av oxider och hydroxider, också vatten, vilket gör den relativa fuktighetens roll tydlig:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
I områden med hög relativ luftfuktighet är bildandet av den så kallade korrosionshögen vanligt., på grund av bildandet av ett vattenskikt som kondenserar (flytande) på metallytan helt eller delvis.
I det här fallet måste vi vara uppmärksamma på standardreduktionspotentialen för de inblandade arterna:
Tro2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Tro3+ (här)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Värdena visar det Processen där Fe oxideras av O är kemiskt spontan.2 löst i vatteneftersom järn har en lägre standardreduktionspotential. Därför måste vi:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 och–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 och– → 4OH– (här)
I korthet, Rostbildning kan ges som:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Även om koncentrationen av syre i luften är konstant, är dess löslighet i vatten låg (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O vid 20 °C), som snabbt förbrukas på stålytan (metallegering som huvudsakligen består av järn och kol). Även om det ständigt fylls på av luften, måste detta syre, vid varje ögonblick, passera genom ett lager tjockare rostskikt för att träffa stålet igen, vilket bromsar rosthastigheten med tiden. korrosion.
typer av rost
Rost kommer att variera i färg beroende på mängden syre och fukt.
Röd rost: rik på Fe2O3∙H2O (hydratiserad järn III-oxid), förekommer i miljöer med hög syresättning och luftfuktighet, som är den vanligaste formen och bildas enhetligt.
Gul rost: rik på FeO(OH)H2O (eller Fe(OH)3), förekommer i miljöer med hög luftfuktighet, vanligtvis i metaller som finns med stora mängder stående vatten, såsom nära handfat och badkar.
svart rost: rik på Fe3O4, förekommer i miljöer med låg syrekoncentration och måttlig luftfuktighet. Det framstår som svarta fläckar, som inte produceras snabbt, och därför är det lätt att bekämpa.
brun rost: rik på Fe2O3, förekommer i miljöer med hög koncentration av syre och låg luftfuktighet (även utan). På grund av detta är det en mycket torrare typ av rost, som inte förekommer jämnt, utan på specifika punkter på ytan.
Se också: Vilka typer av korrosion finns det?
Kemisk sammansättning av rost
Vanligtvis sägs det så Rost består av hydratiserad järn III-oxid (Fe2O3∙H2O), men det kan förstås att andra arter av järn är närvarande i dess sammansättning. som järn det är en metall lite stabil i kontakt med syre i luften är det normalt att delar av denna metall bildar ett tunt lager av Fe3O4 (magnetit) på dess yta. Den konstanta kontakten med syre i luften och fuktighet ger upphov till andra oxiderade arter, såsom FeOOH, i de kristallina formerna α-FeOOH (goethite) och γ-FeOOH (lepidokrocit). Dessa arter överlappar varandra i lager längs rosten.
konsekvenser av rost
Processen för rostbildning ligger inom området korrosion., ett problem med stor inverkan på ekonomierna i industrialiserade och utvecklade länder.
Det uppskattas att cirka 30 % av världens järn- och stålproduktion går förlorad på grund av korrosion., en kostnad som kan motsvara 1 till 5 % av ländernas BNP. Under 2019 spenderade Brasilien till exempel cirka 290 miljarder BRL (cirka 4 % av sin BNP) på underhåll av korrosion.
Kostnaderna för att underhålla strukturer är nödvändiga, eftersom utbyte kan bli dyrare, och dessutom orsakar rost allvarliga skador på den strukturella säkerheten. Vid oxidering förlorar metallen sina goda mekaniska egenskaper. De bildade oxiderna är i allmänhet spröda och kan äventyra delar, strukturer och utrustning. Inte nog med det, de kan också kontaminera den förpackade produkten, om det till exempel är mat.
Förutom de direkta kostnaderna för att byta ut och underhålla rostade delar, rost kan också medföra indirekta problem. En konstruktion som en bro eller en överfart, som måste stängas för underhåll, kan orsaka stora störningar i människors rörelser, vilket påverkar samhällen och arbetsrutinen. Rostiga maskiner kan förlora effektivitet eller tas bort från produktionslinjen för underhåll, vilket minskar produktiviteten.
Hur undviker man rost?
För närvarande finns det redan antioxidativa eller antikorrosiva tekniker som drastiskt minskar rostbildningen på metalldelar. Bland dem kan vi lyfta fram några, som t.ex katodiskt och anodiskt skydd, rostskyddsbeläggningar och korrosionsinhibitorer.
Vid katodiskt skydd skyddas metallen av intresse av en metall med lättare oxidation (lägre reduktionspotential) införd i dess struktur, vilket ger upphov till en galvanisk cell. På detta sätt fungerar den insatta metallen som en anod, oxiderar och skyddar sedan den metalliska strukturen av intresse, som fungerar som en katod och förblir i sin reducerade (metalliska) form. Den införda anoden är allmänt känd, i denna teknik, som "offermetall", just för att den oxiderar i stället för en annan.
Användningen av beläggningar förhindrar att metallstrukturen kommer i kontakt med den oxidativa miljön, vilket skapar en barriär som hindrar eller till och med förhindrar rostbildning. Ett exempel är epoxidfärgerna och rött bly, som bland annat skyddar rör, räcken, grindar. En annan känd beläggning är galvanisering, som består i att belägga järnstycket med en mindre ädel metall. Detta är fallet med galvaniserade skruvar, där järnstrukturen är belagd med zinkmetall.
Korrosionsinhibitorer är kemiska ämnen, av organisk eller oorganisk natur, som tillsätts miljön för att förhindra rostbildning. Tanken är att generera produkter i mediet som bildar skyddande filmer och fungerar som en barriär mot metallen, vilket försvårar kontakten med det oxiderande mediet. För att lära dig mer om sätt att förhindra rost, klicka här.
Vad är skillnaden mellan rost och korrosion?
Rost är faktiskt det ämne som bildas under korrosionsprocessen av järn och dess legeringar, såsom stål. Korrosion är bredare, eftersom det gäller alla processer för spontan förstörelse av metaller och legeringar, orsakas av kemiska, biokemiska och elektrokemiska interaktioner mellan metaller och legeringar med miljön miljö. Under korrosion omvandlas metaller till termodynamiskt mer stabila föreningar såsom oxider, hydroxider, salter eller karbonater. Därför kan vi säga det bildandet av rost är en av korrosionsprocesserna.
Vissa författare säger att rost är en följd av processen med våt korrosion eller korrosion elektrokemi, eftersom en sådan process kräver närvaro av vatten för att inträffa och det händer spontant.
Källor
AZ RUST. Vad är rost och de vanligaste typerna av rost. AZ Rust, c2023. Tillgänglig i: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Utgifter för att begränsa stålkorrosion påverkar 4 % av Brasiliens BNP. SEGS, 2022. Tillgänglig i: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
CURTISS-WRIGHT YTTEKNIKER. Typer av rost och hur metallytbehandling kan hjälpa till att förhindra oxidation. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Tillgänglig 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. Korrosion, nedbrytning och åldrande. I: Introduktion till materialvetenskap, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. i. W.; MAINIER, F. B. Korrosion: Ett vanligt exempel på ett kemiskt fenomen. Ny kemi i skolan. n. 19, 2004. Tillgänglig i: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, f. Nej. Korrosionsteknik: Principer och lösta problem. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Korrosion av kolstål: ett vardagligt tillvägagångssätt i kemiundervisning. Ny kemi, v. 38, nr. 2, sid. 293-296, 2015. Tillgänglig i: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Av Stefano Araujo Novais
Kemilärare