Transcript: Coroziunea. Prevenirea coroziunii.

La fel ca toate lucrurile cu care ne confruntăm în viața de zi cu zi, și reacțiile Redox au părțile lor bune și mai puțin bune.
Coroziunea este una din reacțiile Redox nedorite. Prin coroziune înțelegem un ansamblu de procese Redox care duce la degradarea superficială, adică la suprafață,
sau la degradarea în adâncime a unui metal sub acțiunea diverselor factori din mediul exterior. Oțelul și mai ales fonta se corodează foarte ușor,
astfel încât aproape 12% din fierul obținut anual se transformă în pulbere anumită rugină. Deci coroziunea este oxidarea nedorita a metalelor,
care scurtează viețile produselor din oțel, precum poduri sau vehicule. În fiecare an, industria și societatea plătesc sume imense de bani pentru înlocuirea componentelor metalice corodate.
Și totuși, nu toate reacțiile de coroziune sunt nedorite. Stratul oxidic subțire de culoare verde de pe acoperișurile de cupru poate face ca o clădire să arate frumos.
Coroziunea fierului, adică ruginirea lui, este o cale foarte comună prin care sunt distruse foarte multe din obiectele din jurul nostru.
În continuare vom vedea ce se întâmplă de fapt atunci când apare rugina.
Fierul ruginește când intră în contact cu aerul umed, deci cu aer care conține atât oxigen cât și apă.
În acest proces, atomii de fier din bucata de metal sunt oxidați, ei pierd electron și devin Ion Fier 3+.
Acești Ion Fier 3 se vor lega de niște Ioni Oxid, Oxigen 2-, și apoi vor fi depozitați sub formă de Oxid Roșu Brun, adică Oxid Feric, cu această formulă chimică.
Dar ca să fi mai preciși, acest oxid de fier este de fapt hidratat, adică există și molecule de apă încorporate în structura finală a oxidului.
Coroziunea fierului este chiar procesul invers separării lui din minereul său, care e, în general, tot Oxidul Feric.
Procesul de obținere a fierului din minereul în care se găsește în natură necesită costuri foarte mari, având și consecințe negative asupra mediului înconjurător.
Bineînțeles, e foarte neplăcut când, după atâta efort și daune, fierul se transformă la loc în Oxid Feric. Așadar, înțelegerea procesului de coroziune ne ajută să găsim metode de prevenire.
Haideți să vedem acum ce se întâmplă mai exact în interiorul unei picături de apă, de pe suprafața unei bucăți de fier care ruginește.
Chiar dacă rezultatul final nu e unul frumos, noi putem admira modul în care se sincronizează atomii care iau parte la procesul de ruginire.
La marginea picăturii de apă, apar moleculele de oxigen din aer care își fac loc printre moleculele de apă. Acest lucru va declanșa acțiuni electronice violente.
Când o astfel de moleculă de oxigen atinge suprafața fierului, își va lua, pur și simplu, 2 electroni de la un atom de fier descoperit.
Cu 2 electroni pierduți, fierul devine ion fier 2+, se desprinde de suprafață și este imediat înconjurat de mai multe molecule de apă.
Ionul fier 2+, asel format, se va transforma imediat. Atomii de la marginea picăturii de apă duc o viață destul de interesantă.
Imediat ce se formează ionul fier 2+, sau chiar în timp ce se formează, apare o undă rapidă de curent electric, rezultatul electronilor care circulă prin metani.
Acești electroni vin de la atomii de fier care se află aici, în zona centrală a picăturii de apă, unde nu e atât de mult oxigen din aer.
Acești atomi de fier de aici își donează electronii și devin și ele, la rândul lor, ion fier 2+.
Electronii pe care i-au eliberat migrează până la marginea picăturii, se lipează de ionii fier 2+, de acolo, și îi transformă la loc în atomi de fier metani.
Așadar, vedem că, de fapt, atomii de fier din această regiune centrală mai puțin oxigenază, sunt cei care sunt convertiți la fier 2+.
Aici mușcă, deci, coroziunea.
Să ne întoarcem puțin la momentul în care o moleculă de oxigen a furat 2 electroni de la un atom de fier aici, la marginea picăturii.
Acei electroni transformă molecula invazivă de oxigen în 2 ioni oxigen 2-minți.
Însă, imediat ce ionii foarte periculoși de oxigen sunt formați, aceștia fură proton de la ionii hidroniu, care se întâmplă să fie în vecinătate.
Iar acum, atât ionii hidroniu cât și ionii de oxigen devin molecule de apă care se pierd anonime prin mulțimea celorlalte molecule de apă.
Protonii necesari pentru formarea apei din molecule de oxigen sunt, deci, luați din soluția înconjurătoare, în special dacă această picătură e acidă și, deci, bogată în proton.
Am văzut, așadar, ce se întâmplă la marginea picăturii de apă, așa că acum ne vom îndrepta atenția spre acțiunile care au loc în partea centrală a picăturii,
acolo unde metalul este corodat atom cu atom.
Să ne amintim că atomii de fier din această zonă și-au cedat electronii ionilor fier 2+, de la margine, devenind ei, la rândul lor, ion fier 2+.
În timp ce acești ion se formează, ei se detașează de suprafața metalică și sunt înconjurați de molecule de apă.
Acești ion vor mai trece prin câteva aventuri care vor duce la formarea runginii în sine.
Când ionii fier 2+, pleacă înconjurați de apă, aceștia lasă în urma lor cavități mici în suprafața metalului.
Însă, nici acești ion nu supraviețuiesc mult.
Chiar dacă în această regiune a picăturii de apă există mai puțin oxigen, aceste molecule există totuși aici și sunt la fel de dormice de a fura electroni.
Așa că moleculele de oxigen vor fura electron chiar și de la ionii fier 2+, transformându-i în ioni fier 3+.
La rândul ei, după ce a furat electron, o moleculă de oxigen se transformă în două ioni de oxigen.
E o mare diferență între ce s-a întâmplat cu ionii oxigen 2- la marginea picăturii și ce se întâmplă cu ei aici.
În acest caz, ionii fier 3+, încărcați cu o sarcină puternic pozitivă, se formează imediat lângă ionii oxigen 2-.
Se formează o atracție puternică între ionii fier 3- și oxigen 2-, atracție datorată sarcinilor electrice opuse.
În timp ce ionii se apropie pentru a forma oxidul feric, ei captează și moleculele de apă și de alte impurități în masa de solid.
Aceste particule de oxid feric hidratat și plin de impurități constituie rugină.
Acum că am înțeles ce înseamnă coroziunea și cum se formează rugina, putem să ne gândim și la metode de prevenire.
Aceste metode de protecție anticorozivă sunt foarte importante pentru conservarea resurselor minerale și energetice ale omenirii.
Cea mai simplă și ieftină metodă de protejare a metalelor împotriva coroziunii este acoperirea cu vopsea.
Vopsea isolează suprafața metalică, însă metoda e eficientă numai atâta timp cât nu apar fisuri în stratul de vopsea.
Dacă apare o zgărietură oricât de mică în acest strat, metalul de dedesubt rămâne neprotejat.
O metodă mai sofisticată care rezolvă această problemă este acoperirea metalelor cu un strat de metal mai puțin reactiv.
Proces ce se mai numește și pasivare. Procedeul este relativ costisitor, dar eficace.
Cele mai folosite metale pentru acoperire electrolitice sunt argintul, aurul, cromul, nichelul, zincul, cuplul și staniul.
Cea mai eficientă metodă, dar și cea mai costisitoare, este obținerea de aliaje cu alte metale.
Aliajul obținut are o rezistență fizică și chimică mult mai mare decât fiecare metal individual.
Galvanizarea este protejarea fierului cu zinc.
Dacă apare o zgârietură în stratul de zinc de pe suprafața unui bucăt de fier galvanizat, atomii de fier de dedesubt sunt expuși aerului și apei din aer și celorle asfactori exteriori.
Ca și în cazul coroziunii, un atom de fier este atacat de oxigen undeva la marginea unei picături de apă.
Și de această dată apare electroni care vor transforma imediat acest ion fier 2 plus în atom de fier.
Însă, acești electroni nu mai vin de la alți atomi de fier din regiunea centrală a picăturii de apă, ci vin de la un atom de zinc care se află în apropiere.
Zincul va ceda doi electroni și va transforma ionul de fier 2 plus care abia se formează la loc în atom de fier, înainte ca ionul să aibă timp să se îndepărteze de suprafața metalului.
Astfel, zincul și nu fierul este cel care se oxidează, iar obiectul nostru din metal va avea o viață lungă.
Când nu este posibilă galvanizarea structurilor metalice mari, precum vapoare, țepi subterane sau poduri metalice, se poate folosi, în schimb, protecția catodică.
De exemplu, un bloc format dintr-un metal mai reactiv decât fierul, deci mai dornic de a ceda electroni, de obicei din zinc sau magneziu,
poate fi îngropat în pământ și conectat printr-un cablu conductor la o țeavă subterană.
În timp ce fierului sunt furați electroni de către moleculele de oxigen, blocul metalic alimentează fierul cu electroni prin cablu conductor.
Astfel, acești electroni transformă la loc ionii fier 2+, în atom de fier, păstrend integritatea structurii de fier, însă prin sacrificiul blocului metalic care se oxidează.
Blocul metalic, care de fapt se numește anod de sacrificiu, protejează țeava de fier, iar înlocuirea lui e relativ ieftină.
Deci, dacă ați fost atenți lecția aceasta, știți acum exact ce se întâmplă atunci când fierul ruginește și mai știți și că există mai multe metode de protecție anticorozivă și cum funcționează ele.