Słowo korozja pochodzi od łacińskiego słowa corrosio, czyli “zżeranie”. Z pewnością kojarzysz “zżarte” i zardzewiałe bramy, łańcuchy rowerowe, gwoździe czy kłódki. To właśnie korozja żelaza doprowadziła je do takiego stanu.
Korozją nazywamy niszczenie tworzyw stałych pod wpływem różnych czynników chemicznych, takich jak woda, tlen, sole, kwasy itd. Najczęściej rozmawia się o korozji metali, ale tak naprawdę korozji może ulegać nawet beton, szkło czy drewno!
Korozja metali każdego roku powoduje ogromne straty gospodarcze. Szacuje się, że na skutek tego procesu zniszczeniu ulega nawet 20-30% światowej produkcji stali! Można sobie zadać pytanie: czy da się temu zapobiec, lub chociaż te straty ograniczyć? Można, ale nie jest to wcale takie proste. Z tej probówki dowiesz się w jaki sposób możemy chronić tworzywa, takie jak stal przed korozją, oraz na czym polega korozja chemiczna i elektrochemiczna. Dowiesz się również w jaki sposób powstaje rdza. Zapraszam 🙂
Rodzaje korozji
Wyróżniamy korozję chemiczną i elektrochemiczną.
Korozja chemiczna zachodzi w cieczach, które nie są elektrolitami (ropa naftowa, benzen) oraz w suchych gazach (H2S, CO, CO2). Zachodzącym reakcjom nie towarzyszy przepływ prądu elektrycznego. Najpopularniejszym przykładem korozji chemicznej jest czernienie srebra (powstaje czarny siarczek srebra). Reakcję tę można opisać następującym równaniem:
4Ag + O2 + 2H2S → 2Ag2S + 2H2O
Korozja elektrochemiczna – zachodzi na skutek tworzenia się mikroogniw na powierzchni metali tj. żelazo. Zachodzącym reakcjom towarzyszy przepływ prądu elektrycznego. Najpopularniejszym przykładem korozji elektrochemicznej jest rdzewienie żelaza.
Żelazo nie rdzewieje bez obecności wody i tlenu, zatem te dwa czynniki są niezbędne do tego procesu. Oprócz nich kationy wodoru sprawiają, że rdzewienie żelaza zachodzi znacznie szybciej. Prześledźmy na czym polega proces rdzewienia żelaza.
Gdy dojdzie do powstania mikroogniwa na powierzchni żelaza, to stanowi ono w tym ogniwie zawsze anodę (elektrodę ujemną, na niej zachodzi utlenianie). W związku z tym na anodzie zachodzi reakcja opisana następującym równaniem:
A(-) Fe → Fe2+ + 2 e
Natomiast na katodzie dochodzi do redukcji tlenu rozpuszczonego w wodzie zgodzie z równaniem:
K(+) 2H2O + O2 + 4e → 4OH−
Sumarycznie możemy to zapisać w postaci równania:
2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe(OH)2
Powstały wodorotlenek żelaza(II) pod wpływem tlenu atmosferycznego utlenia się do rdzy, co można opisać równaniem:
4Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3 ⋅ H2O + 2H2O
Liczba cząsteczek wody w powstałym hydracie jest różna. Rdza to zbiorcza nazwa na różne związki żelaza(II) i żelaza(III), jednak jej głównym składnikiem jest uwodniony tlenek żelaza(III).
Co przyspiesza korozję?
Korozja metali zachodzi najwolniej w środowisku obojętnym i zasadowym, a najszybciej w środowisku kwasowym. Jednym z czynników, który wybitnie przyspiesza proces rdzewienia są kationy wodoru. Zobaczmy jak wygląda rdzewienie żelaza w obecności jonów H+.
W pierwszym etapie powierzchnia żelaza pod wpływem czynników tj. woda, ulega zjonizowaniu:
Fe → Fe2+ + 2e
Następnie kationy wodoru przechwytują wydzielone elektrony:
2H+ + 2e → 2H
W procesie rdzewienia nie powstaje gazowy wodór (H2), a bez dostępu tlenu korozja w ogóle nie zachodzi. W związku z tym możemy założyć, że atomy wodoru reagują z tlenem, co można zobrazować równaniem:
4H + O2 → 2H2O
W drugim etapie dochodzi do utleniania się kationów Fe2+ oraz wydzielania wody z tlenu cząsteczkowego:
A(-) 4Fe2+ → 4Fe3+ + 4e
K(+) O2 + 4H+ + 4e → 2H2O
Etap trzeci pięknie nam dowodzi, że kationy wodoru w procesie rdzewienia pełnią rolę katalizatora, ponieważ odtwarzają się w końcowym etapie.
Subskrybuj nasz kurs chemii online, aby uzyskać dostęp do pełnej treści lekcji.
