Egy új köröm ezüst fényében vörösesbarna foltok jelenhetnek meg, különösen, ha hosszabb ideig ki vannak téve az elemeknek. Ez a rozsdásodás kezdete. A rozsdásodás oka kémiai, és vízzel és oxigénnel reagál.
A rozsdásodás kémiai okai
A korrózió okai megkövetelik a jelenlétét víz és oxigén. A víz a levegőben lévő szén-dioxiddal kombinálódva szénsavat, gyenge savat képezhet.
Amikor ez a savas oldat eléri a vasat, két reakció lép fel. Először is, a savanyított víz (jó elektrolit - erről bővebben később) feloldja a vas egy részét az elektronok eltávolításával. Ezután a víz hidrogénné és oxigénné kezd bomlani. A szabad oxigén az oldott vassal reagálva vas-oxidot képez, a vas-oxid pedig rozsda.
Ebből a magyarázatból a rozsda szóegyenlete hozható létre:
Vas + víz + oxigén → vas-oxid (rozsda)
A rozsda kémiai reakciója
A rozsdásodás kémiai reakciója:
4Fe (s) + 3O2(g) + 6H2O (l) → 4Fe (OH)3s
Ez a porózus rozsda, Fe (OH)3s) további oxigénnel reagálva kristályosodott rozsdát eredményez Fe képlettel2O3. xH20. A hidratált vas (III) -oxid (Fe
2O3) hozzávetőlegesen 3/2 H vízhez van kötve2O; a vízmennyiség nincs rögzítve, így az x a H elé20.Ez a reakció azonban lépésenként történik.
A rozsda elektrokémiai folyamata
Az olyan fémek, mint a vas, elektrokémiai folyamatban oldódnak fel. Ez azt jelenti, hogy a folyamat úgy működik, mint egy elektrokémiai cella (általában akkumulátornak tekintik).
A anód olyan hely lesz, ahol a fém megterhelődik vagy megsérül. A katód- a fém egy másik része, amely nem esik át korrózióban. A víz elektrolitként - hídként - működik és ionokat szállít, hogy mozgásban tartsa az elektronok áramlását, vagy ebben az esetben az elektronok áramlását, amelyek korrodálják a vas anódterületét.
Minden elektrokémiai folyamat magában foglal egyfajta kémiai reakciót oxidáció-redukció vagy redox reakciók. Redox reakcióban elektrontranszfer történik. A korrózióban lévő elektronok átvitelét a fém felületéről veszik át, és megfelelő elektron-akceptorokba, például oxigénbe és hidrogénbe viszik át.
A rozsda kétlépéses kémiai reakciói
Redox-reakciók gyakran félreakciókként elhelyezhető, hogy lássák, hogyan mozognak az elektronok a reakcióban. Az oxidációs félreakció elektronokat veszít, a redukciós félreakció pedig elektronokat nyer.
Amikor a víz érintkezik a vaszal, a Fe-vel, a vas oxidációs folyamat során elveszíti az elektronokat:
- Az anódnál oxidációs félreakció: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Ezzel egyidejűleg a katódnál egy redukciós félreakció lehet:
- Az oxigéngáz csökkentése: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Vagy a hidrogén redukciója: 2H+(aq) + 2e- → H2g)
- Vagy mindkettő kombinációja: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
A hidrogénionok elfogyasztásával a pH emelkedik és kevésbé savas lesz, és OH- ionok jelennek meg a vízben. Ezek reagálva vas (II) hidroxidokat képeznek, amelyek az oldatból kicsapódni kezdenek:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2s
Rozsdásodás előfordulása
Mivel mind a víz, mind az oxigén könnyen hozzáférhető, rozsda végül acélban, főleg vasból álló ötvözetben is előfordul. Ha nem hagyják abba, a rozsdásodás apró foltok mellett folytatódik, és az egész felületet lefedi.
A köröm eredeti alakjának tiszta vonalai utat engednek a pikkelyes tulajdonságnak, majd a kis gödröknek. Mivel a vas-oxid tömegesebb molekula, mint az eredeti vas, több helyet foglal el, és ez a rozsdásodás során torzítja a köröm alakját. Ez a torz alak a rozsdás zsanérok tapadását és nyikorgását is okozza.
Idővel a rozsda eléri a magot, és a fémdarab könnyen eltörhető az ember kezében. A vízben oldott só nem a rozsdásodás egyik oka, de felgyorsítja a folyamatot.