Сребърният блясък на нов нокът може да започне да показва червеникаво-кафяви петна в крайна сметка, особено когато е изложен на елементи за продължителен период от време. Това е познатото начало на ръждясването. Причините за ръждясването са химически и включват реакции с вода и кислород.
Химични причини за ръждясване
Причините за корозия изискват наличието на вода и кислород. Водата може да се комбинира с въглероден диоксид във въздуха, за да образува въглена киселина, слаба киселина.
Когато този киселинен разтвор достигне желязо, настъпват две реакции. Първо, подкиселената вода (добър електролит - повече за това по-късно) ще разтвори част от желязото, като премахне електроните. След това водата ще започне да се разпада на водород и кислород. Свободният кислород реагира с разтвореното желязо, образувайки железен оксид, а железният оксид е ръжда.
От това обяснение може да се създаде уравнение на думата за ръжда:
Желязо + вода + кислород → железен оксид (ръжда)
Резултатна химическа реакция на ръжда
Получената химическа реакция на ръжда е:
4Fe (s) + 3O2(g) + 6Н2O (l) → 4Fe (OH)3(с)
Тази пореста ръжда, Fe (OH)3(s) реагира с допълнителен кислород, за да се получи по-кристализирана ръжда с формула на Fe2О3. xH20. Хидратираният железен (III) оксид (Fe2О3) има вода, свързана с приблизително 3/2 H2О; количеството вода не е фиксирано, така че х пред H20.
Тази реакция обаче се случва на стъпки.
Електрохимичен процес на ръжда
Метали като желязо се разтварят в електрохимичен процес. Това означава, че процесът действа като електрохимична клетка (обикновено се смята за батерия).
The анод ще бъде място, където металът е под напрежение или повреден. The катод е друга част от метала, който не е подложен на корозия. Водата действа като електролит - мостът - и транспортира йони, за да поддържа потока от електрони в движение или, в този случай, потока от електрони, който ще корозира анодната област на желязото.
Всички електрохимични процеси включват вид химическа реакция, наречена окисление-редукция или редокс реакции. При окислително-редукционна реакция има трансфер на електрони. Прехвърлянето на електрони в корозия се взема от повърхността на метала и се прехвърля към подходящи електронни акцептори, като кислород и водород.
Двустепенните химически реакции на ръждата
Редокс реакции често могат да бъдат поставени като полуреакции, за да се види как електроните се движат в реакцията. Полуреакцията на окисление губи електрони, а редукционната полуреакция получава електрони.
Когато водата влезе в контакт с желязо, Fe, желязото губи електрони в процес на окисляване:
- На анода полуреакция на окисление: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Едновременно с това на катода може да бъде полуреакция на редукция:
- Намаляване на кислородния газ: O2(g) + 2Н2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Или редукцията на водород: 2Н+(aq) + 2e- → H2(ж)
- Или комбинацията от двете: O2(g) + 4Н+(aq) + 4_e_- → 2Н2O (l)
С консумацията на водородни йони рН се повишава и става по-малко киселинно и ОН- йони се появяват във водата. Те реагират, за да произведат железни (II) хидроксиди, които ще започнат да се утаяват извън разтвора:
2Fe2+(aq) + 40ОН- (aq) → 2Fe (OH)2(с)
Поява на ръжда
Тъй като и водата, и кислородът са лесно достъпни, в крайна сметка ще се получи ръжда, дори в стомана, сплав, съставена предимно от желязо. Ако не се спре, ръждата ще продължи покрай малки петна и ще покрие цялата повърхност.
Изчистените линии на оригиналната форма на нокътя ще отстъпят място на люспеста черта и след това на малки ямки. Тъй като железният оксид е по-обемиста молекула от оригиналното желязо, той заема повече място и това нарушава формата на нокътя, докато ръждясва. Тази изкривена форма също води до залепване и скърцане на ръждясали панти.
С течение на времето ръждата ще достигне сърцевината и металното парче може лесно да се счупи в ръцете на човек. Солта, която е разтворена във вода, не е една от причините за ръждясване, но ускорява процеса.