Η ασημένια λάμψη ενός νέου νυχιού μπορεί να αρχίσει να δείχνει κοκκινωπό-καφέ σημεία τελικά, ειδικά όταν εκτίθεται στα στοιχεία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτή είναι η οικεία αρχή της σκουριάς. Οι αιτίες της σκουριάς είναι χημικές και περιλαμβάνουν αντιδράσεις με νερό και οξυγόνο.
Χημικές αιτίες σκουριάς
Οι αιτίες της διάβρωσης απαιτούν την παρουσία νερό και οξυγόνο. Το νερό μπορεί να συνδυαστεί με διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ, ένα ασθενές οξύ.
Όταν αυτό το όξινο διάλυμα φτάσει στο σίδηρο, εμφανίζονται δύο αντιδράσεις. Πρώτον, το οξινισμένο νερό (ένας καλός ηλεκτρολύτης - περισσότερο σε αυτό αργότερα) θα διαλύσει μέρος του σιδήρου αφαιρώντας τα ηλεκτρόνια. Στη συνέχεια, το νερό θα αρχίσει να διαλύεται σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το ελεύθερο οξυγόνο αντιδρά με διαλυμένο σίδηρο για να σχηματίσει οξείδιο του σιδήρου και το οξείδιο του σιδήρου είναι σκουριά.
Από αυτήν την εξήγηση, μπορεί να δημιουργηθεί μια εξίσωση λέξεων για τη σκουριά:
Σίδηρος + νερό + οξυγόνο → οξείδιο του σιδήρου (σκουριά)
Αποτέλεσμα χημικής αντίδρασης σκουριάς
Η προκύπτουσα χημική αντίδραση της σκουριάς είναι:
4Fe (ες) + 3O2(ζ) + 6Η2O (l) → 4Fe (OH)3(μικρό)
Αυτή η πορώδης σκουριά, Fe (OH)3(s) αντιδρά με επιπλέον οξυγόνο για να δώσει μια πιο κρυσταλλική σκουριά με έναν τύπο Fe2Ο3. xΗ20. Το ένυδρο οξείδιο του σιδήρου (III) (Fe2Ο3) έχει νερό συνδεδεμένο με περίπου 3/2 H2Ο; η ποσότητα νερού δεν είναι σταθερή έτσι το x μπροστά από το H20.
Αυτή η αντίδραση, ωστόσο, συμβαίνει σε βήματα.
Ηλεκτροχημική διαδικασία σκουριάς
Μέταλλα όπως ο σίδηρος διαλύονται σε μια ηλεκτροχημική διαδικασία. Αυτό σημαίνει ότι η διαδικασία ενεργεί σαν ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο (συνήθως θεωρείται ως μπαταρία).
ο άνοδος θα είναι μια τοποθεσία όπου το μέταλλο είναι αγχωμένο ή κατεστραμμένο. ο κάθοδος είναι ένα άλλο μέρος του μετάλλου που δεν υφίσταται διάβρωση. Το νερό ενεργεί ως ο ηλεκτρολύτης - η γέφυρα - και μεταφέρει ιόντα για να διατηρήσει τη ροή των ηλεκτρονίων σε κίνηση ή, στην περίπτωση αυτή, τη ροή των ηλεκτρονίων που θα διαβρώσουν την περιοχή ανόδου του σιδήρου.
Όλες οι ηλεκτροχημικές διεργασίες περιλαμβάνουν έναν τύπο χημικής αντίδρασης που ονομάζεται μείωση της οξείδωσης ή οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις. Σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής, υπάρχει μεταφορά ηλεκτρονίων. Η μεταφορά ηλεκτρονίων σε διάβρωση λαμβάνονται από την επιφάνεια του μετάλλου και μεταφέρονται σε κατάλληλους δέκτες ηλεκτρονίων, όπως οξυγόνο και υδρογόνο.
Οι χημικές αντιδράσεις της σκουριάς σε δύο στάδια
Αντιδράσεις Redox μπορούν συχνά να τοποθετηθούν ως μισές αντιδράσεις για να δουν πώς κινούνται τα ηλεκτρόνια στην αντίδραση. Η μισή αντίδραση οξείδωσης χάνει ηλεκτρόνια και η μισή αντίδραση αναγωγής κερδίζει ηλεκτρόνια.
Όταν το νερό έρχεται σε επαφή με σίδηρο, Fe, ο σίδηρος χάνει ηλεκτρόνια σε μια διαδικασία οξείδωσης:
- Στην άνοδο, ημι-αντίδραση οξείδωσης: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Ταυτόχρονα, στην κάθοδο, μια μισή αντίδραση μείωσης μπορεί να είναι:
- Μείωση αερίου οξυγόνου: O2(ζ) + 2Η2O (l) + 4ε- → 4ΟΗ- (υδ)
- Ή η μείωση του υδρογόνου: 2Η+(aq) + 2e- → H2(σολ)
- Ή ο συνδυασμός και των δύο: O2(g) + 4Η+(aq) + 4_e_- → 2Η2Ο (λ)
Καθώς τα ιόντα υδρογόνου καταναλώνονται, το ρΗ αυξάνεται και γίνεται λιγότερο όξινο, και ΟΗ- ιόντα εμφανίζονται στο νερό. Αυτά αντιδρούν στην παραγωγή υδροξειδίων σιδήρου (II) που θα αρχίσουν να καθιζάνουν από το διάλυμα:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (ΟΗ)2(μικρό)
Περίπτωση σκουριάς
Δεδομένου ότι τόσο το νερό όσο και το οξυγόνο είναι άμεσα διαθέσιμα, η σκουριά θα συμβεί τελικά, ακόμη και σε χάλυβα, ένα κράμα που αποτελείται κυρίως από σίδηρο. Εάν αφεθεί χωρίς διακοπή, η σκουριά θα συνεχιστεί μετά από μικρά σημεία και θα καλύψει ολόκληρη την επιφάνεια.
Οι καθαρές γραμμές του αρχικού σχήματος των νυχιών θα υποχωρήσουν σε ένα φολιδωτό χαρακτηριστικό και στη συνέχεια σε μικρά λάκκα. Δεδομένου ότι το οξείδιο του σιδήρου είναι ένα πιο ογκώδες μόριο από τον αρχικό σίδηρο, καταλαμβάνει περισσότερο χώρο και αυτό παραμορφώνει το σχήμα του νυχιού καθώς σκουριάζει. Αυτό το παραμορφωμένο σχήμα προκαλεί επίσης να κολλήσουν και να τσιμπήσουν σκουριασμένους μεντεσέδες.
Με την πάροδο του χρόνου, η σκουριά θα φτάσει στον πυρήνα και το κομμάτι του μετάλλου μπορεί να σπάσει εύκολα στα χέρια. Το αλάτι που έχει διαλυθεί στο νερό δεν είναι μια από τις αιτίες της σκουριάς, αλλά επιταχύνει τη διαδικασία.