Srebrni sjaj novog nokta s vremenom može početi pokazivati crvenkastosmeđe mrlje, posebno kada su dulje vrijeme izloženi elementima. Ovo je poznati početak hrđanja. Uzroci hrđanja su kemijski i uključuju reakcije s vodom i kisikom.
Kemijski uzroci hrđanja
Uzroci korozije zahtijevaju prisutnost vode i kisika. Voda se može kombinirati s ugljičnim dioksidom u zraku i stvoriti ugljičnu kiselinu, slabu kiselinu.
Kad ova kisela otopina dosegne željezo, javljaju se dvije reakcije. Prvo, zakiseljena voda (dobar elektrolit - o tome više kasnije) otopit će dio željeza uklanjanjem elektrona. Tada će se voda početi raspadati na vodik i kisik. Slobodni kisik reagira s otopljenim željezom stvarajući željezov oksid, a željezov oksid je hrđa.
Iz ovog objašnjenja može se stvoriti jednadžba riječi za hrđu:
Željezo + voda + kisik → željezov oksid (hrđa)
Rezultirajuća kemijska reakcija hrđe
Rezultirajuća kemijska reakcija hrđanja je:
4Fe (s) + 3O2(g) + 6H2O (l) → 4Fe (OH)3(s)
Ova porozna hrđa, Fe (OH)3(s) reagira s dodatnim kisikom dajući kristaliziraniju hrđu s formulom Fe
2O3. xH20. Hidrirani željezov (III) oksid (Fe2O3) ima vodu priključenu s približno 3/2 H2O; količina vode nije fiksirana pa je x ispred H20.Ova se reakcija, međutim, događa u koracima.
Elektrokemijski proces hrđe
Metali poput željeza otapaju se u elektrokemijskom procesu. To znači da postupak djeluje poput elektrokemijske ćelije (koja se obično naziva baterijom).
The anoda bit će mjesto na kojem je metal pod stresom ili oštećen. The katoda je drugi dio metala koji nije podvrgnut koroziji. Voda djeluje kao elektrolit - most - i prenosi ione kako bi zadržao protok elektrona u pokretu, ili, u ovom slučaju, protok elektrona koji će nagrizati anodno područje željeza.
Svi elektrokemijski procesi uključuju vrstu kemijske reakcije tzv oksidacija-redukcija ili redoks reakcije. U redoks reakciji dolazi do prijenosa elektrona. Prijenos elektrona u koroziji uzima se s površine metala i prenosi na prikladne elektronske akceptore, poput kisika i vodika.
Kemijske reakcije hrđe u dva koraka
Redoks reakcije često se mogu staviti kao polureakcije da se vidi kako se elektroni kreću u reakciji. Polu-reakcija oksidacije gubi elektrone, a redukcija polu-reakcija dobiva elektrone.
Kada voda dođe u kontakt s željezom, Fe, željezo gubi elektrone u procesu oksidacije:
- Na anodi poluoksidacijska oksidacijska reakcija: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Istodobno, na katodi redukcijska polureakcija može biti:
- Smanjenje plina kisika: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (vod.)
- Ili redukcija vodika: 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
- Ili kombinacija oba: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
Kako se ioni vodika troše, pH raste i postaje manje kiseo, a OH- ioni se pojavljuju u vodi. Oni reagiraju na stvaranje željeznih (II) hidroksida koji će se početi taložiti iz otopine:
2Fe2+(vod.) + 40H- (aq) → 2Fe (OH)2(s)
Pojava hrđanja
Budući da su i voda i kisik lako dostupni, na kraju će se dogoditi hrđa, čak i u čeliku, leguri koja se sastoji uglavnom od željeza. Ako se ne zaustavi, zahrđavanje će se nastaviti nakon malih mjesta i pokriti cijelu površinu.
Čiste linije izvornog oblika nokta ustupit će mjesto ljuskavoj osobini, a zatim malim jamicama. Budući da je željezov oksid glomaznija molekula od izvornog željeza, zauzima više prostora, a to narušava oblik nokta dok hrđa. Ovaj iskrivljeni oblik također uzrokuje lijepljenje i škripanje hrđavih šarki.
Vremenom će hrđa doći do jezgre, a komad metala može se lako slomiti u nečijim rukama. Sol koja je otopljena u vodi nije jedan od uzroka hrđanja, ali ubrzava proces.