Іржа Це червоно-коричнева пляма, яка з’являється на залізних або чорних поверхнях, коли вони піддаються впливу повітря та вологи. Оскільки металеве залізо нестійке при контакті з повітрям, воно утворюється шляхом окислення металевого заліза до оксидів або гідроксидів заліза, які зазвичай представлені хімічною формулою FeOOH.
Іржа є серйозною проблемою для суспільства, оскільки вона значно пошкоджує такі структури, як мости, будівлі, транспортні засоби, двигуни, серед іншого, потребують великих витрат на ремонт і обслуговування. Іржа — різновид корозії, мимовільне явище руйнування металів і сплавів. В даний час для зменшення впливу утворення іржі використовується кілька методів, таких як гальванізація.
Читайте також: Як солоне повітря пов'язане з корозією металів?
Теми цієї статті
- 1 - Резюме по іржі
- 2 - Що викликає іржу?
- 3 - Як виникає іржа?
- 4 - Види іржі
- 5 - Хімічний склад іржі
- 6 - Наслідки іржі
- 7 - Як уникнути іржі?
- 8 - Яка різниця між іржею та корозією?
резюме іржі
Іржа характеризується червонувато-коричневими плямами, які утворюються на залізних поверхнях і чорних сплавах, які контактують з повітрям і вологою.
Іржа утворюється, коли залізо, яке є нестійким у присутності атмосферного кисню, окислюється до оксидів і гідроксидів заліза.
Його можна представити загальною хімічною формулою FeOOH.
Основним компонентом іржі є гідратований оксид заліза III Fe2О3∙H2О.
Іржа є основною проблемою для країн і компаній, оскільки витрати на обслуговування та ремонт високі.
Це спричиняє значні структурні удари, оскільки механічно послаблює металеві конструкції.
Існують методи зменшення або пом’якшення іржі, такі як катодний захист і гальванізація.
Утворення іржі є різновидом корозії.
Що викликає іржу?
Іржа - це а червоно-коричнева пляма, яка з’являється на металевих поверхнях, зокрема на залізі та чорних сплавах, коли вони піддаються впливу атмосфери або занурюються в природні води. В такому разі, металеве залізо (Fe) окислюється до суміші оксидів (Fe2О3∙H2O і Fe3О4) і гідроксиди (Fe(OH)2, Fe(OH)3) заліза, які також зазвичай представлені формулою FeOOH, яка прагне конденсувати всі фази заліза, присутні в іржі.
Процес, який викликає іржу, хімічно відомий як корозія., наслідок дії середовища на матеріал, що призводить до його псування, починаючи з його поверхні.
Не зупиняйся зараз... Після розголосу буде більше ;)
Як виникає іржа?
Металеве залізо термодинамічно нестійке в присутності кисню., який становить приблизно 20% нашої атмосфери та є середовищем, у якому такий метал найчастіше піддається впливу.
За цих умов його оксид утворює FeO (II оксид заліза), Fe2О3 (III оксид заліза) і Fe3О4 (Залізо II, III оксид). Присутність води робить середовище ще більш агресивним, сприяючи утворенню іржі (FeOOH). Подібно до того, як основні солі та гідроксиди потребують води для свого утворення, іржа, суміш оксидів та гідроксидів, також потребує води, що робить роль відносної вологості ясною:
4 Fe3О4 (s) + O2 (g) + 6H2O (л) → 12 FeOOH (с)
У регіонах з високою відносною вологістю повітря поширене утворення так званого корозійного ворсу., внаслідок утворення шару води, який повністю або частково конденсується (розріджується) на поверхні металу.
У цьому випадку ми повинні звернути увагу на стандартний потенціал зменшення залучених видів:
Віра2+ (вод.)/Fe (с): E° = –0,44 В
Віра3+ (тут)/Fe2+ (вод.): E° = 0,77 В
О2 (г)/ОН– (вод.): E° = 0,82 В
Значення показують це Процес окислення Fe за допомогою O є хімічно спонтанним.2 розчинений у воді, оскільки залізо має нижчий стандартний потенціал відновлення. Тому ми повинні:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 і–
О2 (g) + 2H2O(l) + 4 і– → 4ОН– (тут)
Коротко, Утворення іржі можна дати як:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 ОН– (вод.) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Хоча концентрація кисню в повітрі постійна, його розчинність у воді низька (1,4 х 10–3 мол. Л–1 Х2O при 20 °C), який швидко витрачається на поверхні сталі (металевий сплав, що складається переважно із заліза та вуглецю). Незважаючи на те, що повітря постійно поповнює його, цей кисень щомиті повинен проходити через шар товстіший шар іржі знову вдарить по сталі, що з часом уповільнює швидкість іржі. корозії.
види іржі
Колір іржі буде змінюватися залежно від кількості кисню та вологи.
Червона іржа: багатий Fe2О3∙H2O (гідратований оксид заліза III) зустрічається в середовищах з високим вмістом кисню та вологості, будучи найпоширенішою формою, що утворюється рівномірно.
Жовта іржа: багатий на FeO(OH)H2O (або Fe(OH)3), виникає в середовищах з високою вологістю, як правило, у металах, які містяться у великій кількості стоячої води, наприклад біля раковин і ванн.
чорна іржа: багатий Fe3О4, виникає в середовищах з низькою концентрацією кисню та помірною вологістю. Він проявляється у вигляді чорних плям, які не утворюються швидко, тому з ним легко боротися.
бура іржа: багатий Fe2О3, виникає в середовищах з високою концентрацією кисню та низькою вологістю (навіть без неї). Через це це набагато більш сухий тип іржі, яка виникає не рівномірно, а в певних точках на поверхні.
Дивіться також: Які бувають види корозії?
Хімічний склад іржі
Зазвичай кажуть, що Іржа складається з гідратованого оксиду заліза III (Fe2О3∙H2О), але можна зрозуміти, що в його складі присутні інші види заліза. як залізо це метал мало стабільний у контакті з киснем повітря, це нормально, коли частини цього металу утворюють тонкий шар Fe3О4 (магнетит) на його поверхні. Постійний контакт з киснем повітря та вологістю призводить до появи інших окислених видів, таких як FeOOH, у кристалічних формах α-FeOOH (гетит) і γ-FeOOH (лепідокроцит). Ці види перекриваються шарами вздовж іржі.
наслідки іржі
Процес утворення іржі знаходиться в полі корозії., проблема великого впливу на економіку промислово розвинутих і розвинених країн.
За оцінками, близько 30% світового виробництва чавуну та сталі втрачається через корозію., витрати, які можуть відповідати від 1 до 5% ВВП країн. Наприклад, у 2019 році Бразилія витратила близько 290 мільярдів бразильських реалів (приблизно 4% ВВП) на технічне обслуговування корозії.
Витрати на технічне обслуговування конструкцій необхідні, оскільки заміна може бути дорожчою, і, крім того, іржа завдає серйозної шкоди безпеці конструкції. При окисленні метал втрачає хороші механічні властивості. Утворені оксиди, як правило, є крихкими і можуть пошкодити частини, конструкції та обладнання. Мало того, вони також можуть забруднити упакований продукт, якщо це, наприклад, продукти харчування.
Окрім прямих витрат на заміну та обслуговування заіржавілих деталей, іржа також може спричинити непрямі проблеми. Така споруда, як міст або естакада, яку потрібно закрити на технічне обслуговування, може спричинити значні порушення в пересуванні людей, впливаючи на громади та робочий режим. Іржаве обладнання може втратити ефективність або бути знято з виробничої лінії для обслуговування, що призведе до зниження продуктивності.
Як уникнути іржі?
Наразі вже існують антиокислювальні та антикорозійні методи, які значно зменшують утворення іржі на металевих частинах. Серед них можна виділити деякі, наприклад катодний і анодний захист, антикорозійні покриття та інгібітори корозії.
У катодному захисті цікавий метал захищається металом, який легше окислюється (нижчий відновний потенціал), вставленим у його структуру, що створює гальванічний елемент. Таким чином, введений метал діє як анод, окислюється, а потім захищає металеву структуру, що представляє інтерес, яка діє як катод і залишається у своїй відновленій (металевій) формі. Вставлений анод зазвичай відомий у цій техніці як «жертовний метал» саме тому, що він окислюється замість іншого.
Використання покриттів запобігає контакту металевої конструкції з окисним середовищем, таким чином створюючи бар’єр, який перешкоджає або навіть запобігає утворенню іржі. Прикладом є епоксидні фарби та сурик, які захищають труби, перила, ворота тощо. Іншим відомим покриттям є гальванізація, яка складається з покриття залізної частини менш благородним металом. Це стосується оцинкованих шурупів, у яких залізна конструкція покрита металевим цинком.
Інгібітори корозії - це хімічні речовини органічної або неорганічної природи, які додають у навколишнє середовище з метою запобігання процесу утворення іржі. Ідея полягає в тому, щоб у середовищі генерувати продукти, які утворюють захисні плівки та діють як бар’єр для металу, ускладнюючи контакт із окисним середовищем. Щоб дізнатися більше про способи запобігання іржі, натисніть тут.
Яка різниця між іржею та корозією?
Іржа – це фактично речовина, яка утворюється в процесі корозії заліза та його сплавів, наприклад сталі. Корозія ширше, оскільки стосується всіх процесів саморуйнування металів і сплавів, викликані хімічними, біохімічними та електрохімічними взаємодіями металів і сплавів із навколишнім середовищем навколишнє середовище. Під час корозії метали перетворюються на термодинамічно більш стійкі сполуки, такі як оксиди, гідроксиди, солі або карбонати. Тому можна так сказати утворення іржі є одним із процесів корозії.
Деякі автори стверджують, що іржа є наслідком процесу мокрої корозії або корозії електрохімії, оскільки такий процес вимагає наявності води, і це відбувається спонтанно.
Джерела
AZ RUST. Що таке іржа та найпоширеніші види іржі. AZ Rust, c2023. Доступний у: https://azrust.com/what-is-rust/.
КАРНЕЙРО, К. Витрати на стримування корозії сталі впливають на 4% ВВП Бразилії. SEGS, 2022. Доступний у: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
ПОВЕРХНЕВІ ТЕХНОЛОГІЇ CURTISS-WRIGHT. Типи іржавіння та те, як обробка поверхні металу може допомогти запобігти окисленню. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Доступний у: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
МЕРСЬЄ, Дж. П.; ЗАМБЕЛЛІ, Г.; КУРЦ, В. Корозія, деградація та старіння. в: Вступ до матеріалознавства, П. 379-399, 2002.
МЕРЧОН, Ф.; ГІМАРИЕС, П. i. W.; МЕНЬЄР, Ф. Б. Корозія: звичайний приклад хімічного явища. Нова хімія в школі. п. 19, 2004. Доступний у: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
ПОПОВ, б. Немає. Корозійна техніка: Принципи та розв'язувані проблеми. Оксфорд: Elsevier, 2015.
СИЛЬВА, м. v. Ф.; ПЕРЕЙРА, М. W.; КОДАРО, Е. Н.; АЧІАРІ, Г. А. Корозія вуглецевої сталі: повсякденний підхід у викладанні хімії. Нова хімія, v. 38, вип. 2, стор. 293-296, 2015. Доступний у: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Стефано Араухо Новаїс
Вчитель хімії
Корозія металів, головним чином заліза, відбувається в електрохімічних процесах окисно-відновних реакцій.
Зрозумійте, чому морське повітря в прибережних регіонах сприяє корозії металевих конструкцій.
Користь і шкода кисню.
Захист заліза від корозії можна виконати за допомогою фарб, спеціальних сталей або катодного захисту.
Знайте, що означає термін «корозія» і яка різниця між хімічною, електрохімічною та електролітичною корозією.
