قد يبدأ اللمعان الفضي لظفر جديد في إظهار بقع بنية محمرة في النهاية ، خاصةً عند تعرضها للعناصر لفترة طويلة من الوقت. هذه هي البداية المألوفة للصدأ. أسباب الصدأ كيميائية وتتضمن تفاعلات مع الماء والأكسجين.
الأسباب الكيميائية للصدأ
تتطلب أسباب التآكل وجود الماء والأكسجين. يمكن أن يتحد الماء مع ثاني أكسيد الكربون في الهواء لتكوين حمض الكربونيك ، وهو حمض ضعيف.
عندما يصل هذا المحلول الحمضي إلى الحديد ، يحدث تفاعلان. أولاً ، الماء المحمض (إلكتروليت جيد - المزيد حول هذا لاحقًا) سوف يذيب بعض الحديد عن طريق إزالة الإلكترونات. بعد ذلك ، سيبدأ الماء في التفتت إلى هيدروجين وأكسجين. يتفاعل الأكسجين الحر مع الحديد المذاب لتكوين أكسيد الحديد ، وأكسيد الحديد يصدأ.
من هذا الشرح ، يمكن إنشاء معادلة كلمة الصدأ:
حديد + ماء + أكسجين ← أكسيد الحديد (صدأ)
التفاعل الكيميائي الناتج عن الصدأ
التفاعل الكيميائي الناتج عن الصدأ هو:
4Fe (ق) + 3O2(ز) + 6 ح2O (l) → 4Fe (OH)3(س)
هذا الصدأ المسامي ، Fe (OH)3(ق) يتفاعل مع أكسجين إضافي لينتج عنه صدأ أكثر تبلورًا مع صيغة الحديد2ا3. xH20. أكسيد الحديد المائي (III) (Fe2ا3) يحتوي على ماء متصل بحوالي 3/2 H2يا كمية الماء غير ثابتة وبالتالي فإن x أمام H.20.
ومع ذلك ، فإن رد الفعل هذا يحدث في خطوات.
عملية الكهروكيميائية للصدأ
تذوب المعادن مثل الحديد في عملية كهروكيميائية. هذا يعني أن العملية تعمل كخلية كهروكيميائية (يُعتقد عمومًا أنها بطارية).
ال الأنود سيكون مكانًا يتعرض فيه المعدن للضغط أو التلف. ال الكاثود هو جزء آخر من المعدن لا يتعرض للتآكل. يعمل الماء كإلكتروليت - الجسر - وينقل الأيونات للحفاظ على تدفق الإلكترونات ، أو ، في هذه الحالة ، تدفق الإلكترونات التي ستؤدي إلى تآكل منطقة القطب الموجب للحديد.
تتضمن جميع العمليات الكهروكيميائية نوعًا من التفاعل الكيميائي يسمى الأكسدة والاختزال أو تفاعلات الأكسدة والاختزال. في تفاعل الأكسدة والاختزال ، هناك انتقال للإلكترونات. يتم نقل الإلكترونات في حالة التآكل من سطح المعدن ونقلها إلى متقبلات إلكترونية مناسبة ، مثل الأكسجين والهيدروجين.
التفاعلات الكيميائية ذات الخطوتين من الصدأ
تفاعلات الأكسدة والاختزال يمكن غالبًا وضعها كنصف تفاعلات لمعرفة كيف تتحرك الإلكترونات في التفاعل. يفقد تفاعل نصف الأكسدة الإلكترونات ، ويكسب نصف تفاعل الاختزال إلكترونات.
عندما يتلامس الماء مع الحديد ، يفقد الحديد الإلكترونات في عملية الأكسدة:
- عند الأنود ، تفاعل نصف الأكسدة: Fe (s) → Fe2+(عبد القدير) + 2_e_-
في نفس الوقت ، عند الكاثود ، قد يكون رد فعل نصف الاختزال:
- الحد من غاز الأكسجين: O2(ز) + 2 ح2يا (ل) + 4 هـ- → 4 أوه- (عبد القدير)
- أو اختزال الهيدروجين: 2 ح+(aq) + 2e- → H.2(ز)
- أو الجمع بين الاثنين: O2(ز) + 4 ح+(عبد القدير) + 4_e_- → 2 ح2يا (ل)
عندما يتم استهلاك أيونات الهيدروجين ، يرتفع الرقم الهيدروجيني ويصبح أقل حمضية ، و OH- تظهر الأيونات في الماء. تتفاعل هذه لإنتاج هيدروكسيدات الحديد (II) التي ستبدأ في الترسب من المحلول:
2Fe2+(عبد القدير) + 4 أوه- (aq) → 2Fe (OH)2(س)
حدوث الصدأ
نظرًا لتوفر الماء والأكسجين بسهولة ، سيحدث الصدأ في النهاية ، حتى في الفولاذ ، وهو سبيكة تتكون في الغالب من الحديد. إذا تركت الصدأ دون توقف ، فسوف يستمر الصدأ متجاوزًا البقع الصغيرة ويغطي السطح بالكامل.
ستفسح الخطوط النظيفة للشكل الأصلي للظفر الطريق لميزة متقشرة ثم إلى حفر صغيرة. نظرًا لأن أكسيد الحديد هو جزيء أكبر من الحديد الأصلي ، فإنه يشغل مساحة أكبر ، وهذا يشوه شكل الظفر عندما يصدأ. يتسبب هذا الشكل المشوه أيضًا في التصاق المفصلات الصدئة وصريرها.
بمرور الوقت ، سيصل الصدأ إلى القلب ، ويمكن أن تنكسر قطعة المعدن بسهولة بأيدي الشخص. الملح المذاب في الماء ليس أحد أسباب الصدأ ولكنه يسرع العملية.