Uuden kynnen hopeakiilto voi lopulta alkaa näyttää punaruskealla pisteellä, varsinkin kun se altistetaan elementeille pitkäksi ajaksi. Tämä on tuttu alku ruostumiselle. Ruostumisen syyt ovat kemiallisia ja sisältävät reaktioita veden ja hapen kanssa.
Kemialliset syyt ruostumiseen
Korroosion syyt edellyttävät vesi ja happi. Vesi voi yhdistyä ilmassa olevan hiilidioksidin kanssa muodostaen hiilihapon, heikon hapon.
Kun tämä hapan liuos saavuttaa raudan, tapahtuu kaksi reaktiota. Ensinnäkin happamoitunut vesi (hyvä elektrolyytti - lisätietoja tästä myöhemmin) liuottaa osan raudasta poistamalla elektroneja. Sitten vesi alkaa hajota vedyksi ja hapeksi. Vapaa happi reagoi liuenneen raudan kanssa muodostaen rautaoksidia, ja rautaoksidi on ruostetta.
Tästä selityksestä voidaan luoda ruosteen sanayhtälö:
Rauta + vesi + happi → rautaoksidi (ruoste)
Tuloksena oleva ruosteen kemiallinen reaktio
Tuloksena oleva ruostumisen kemiallinen reaktio on:
4Fe (t) + 3O2(g) + 6H2O (l) → 4Fe (OH)3s
Tämä huokoinen ruoste, Fe (OH)
Tämä reaktio tapahtuu kuitenkin vaiheittain.
Ruosteen sähkökemiallinen prosessi
Raudan kaltaiset metallit liukenevat sähkökemiallisessa prosessissa. Tämä tarkoittaa, että prosessi toimii kuin sähkökemiallinen kenno (yleisesti ajatellaan akuksi).
anodi on paikka, jossa metalli on rasitettu tai vahingoittunut. katodi on toinen osa metallia, joka ei ole korroosiota. Vesi toimii elektrolyytinä - siltana - ja kuljettaa ioneja pitääkseen elektronivirran liikkuvana tai tässä tapauksessa elektronivirtauksena, joka syöpyy raudan anodialue.
Kaikissa sähkökemiallisissa prosesseissa esiintyy kemiallisen reaktion tyyppi hapettuminen-pelkistys tai redox-reaktiot. Redox-reaktiossa tapahtuu elektronien siirto. Elektronien siirtyminen korroosiossa otetaan metallin pinnalta ja siirretään sopiviin elektroni-akseptoreihin, kuten happeen ja vetyyn.
Ruosteen kaksivaiheiset kemialliset reaktiot
Redox-reaktiot voidaan usein sijoittaa puolireaktioksi nähdäksesi kuinka elektronit liikkuvat reaktiossa. Hapettumisen puolireaktio menettää elektroneja, ja pelkistävä puolireaktio saa elektronit.
Kun vesi joutuu kosketukseen raudan, Fe: n kanssa, rauta menettää elektroneja hapetusprosessissa:
- Anodissa hapettumisen puolireaktio: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Samanaikaisesti katodissa pelkistyksen puolireaktio voi olla:
- Happikaasun pelkistys: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Tai vedyn pelkistys: 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
- Tai molempien yhdistelmä: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
Kun vetyioneja kulutetaan, pH nousee ja tulee vähemmän happamaksi, ja OH- ioneja esiintyy vedessä. Nämä reagoivat tuottamaan rauta (II) -hydroksideja, jotka alkavat saostua liuoksesta:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2s
Ruostumisen esiintyminen
Koska sekä vettä että happea on helposti saatavilla, ruostetta tapahtuu lopulta, jopa teräksessä, seoksessa, joka koostuu pääosin raudasta. Jos ruostuminen jätetään pysäyttämättä, se jatkuu pienten pisteiden ohi ja peittää koko pinnan.
Kynsien alkuperäisen muodon puhtaat viivat antavat hilseilevän ominaisuuden ja sitten pienet kuopat. Koska rautaoksidi on suurempi molekyyli kuin alkuperäinen rauta, se vie enemmän tilaa, ja tämä vääristää kynsien muotoa sen ruostumisen yhteydessä. Tämä vääristynyt muoto saa myös ruosteiset saranat tarttumaan ja kirisemään.
Ajan myötä ruoste saavuttaa ytimen, ja metallikappale voidaan murtaa helposti käsissään. Veteen liuennut suola ei ole yksi ruostumisen syistä, mutta se nopeuttaa prosessia.