מה גורם לציפורן להחליד?

הברק הכסוף של מסמר חדש עשוי להתחיל להראות כתמים חומים אדמדמים בסופו של דבר, במיוחד כאשר הוא נחשף לאלמנטים למשך זמן ממושך. זו ההתחלה המוכרת של החלודה. הגורמים להחלדה הם כימיים וכרוכים בתגובות עם מים וחמצן.

הגורמים לקורוזיה דורשים נוכחות של מים וחמצן. מים יכולים להשתלב עם פחמן דו חמצני באוויר וליצור חומצה פחמנית, חומצה חלשה.

כאשר תמיסה חומצית זו מגיעה לברזל, מתרחשות שתי תגובות. ראשית, המים המוחמצים (אלקטרוליט טוב - עוד על כך בהמשך) ימיסו חלק מהברזל על ידי הוצאת אלקטרונים. לאחר מכן, המים יתחילו להתפרק למימן וחמצן. חמצן חופשי מגיב עם ברזל מומס ליצירת תחמוצת ברזל, ותחמוצת ברזל היא חלודה.

מהסבר זה ניתן ליצור משוואת מילה לחלודה:

ברזל + מים + חמצן → תחמוצת ברזל (חלודה)

התגובה הכימית המתקבלת של חלודה היא:

4Fe (s) + 3O₂(ז) + 6H₂O (l) → 4Fe (OH)₃(ים)

החלודה הנקבובית הזו, Fe (OH)₃(ים) מגיב עם חמצן נוסף כדי לייצר חלודה מגובשת יותר עם נוסחה של Fe₂או₃. xH₂0. תחמוצת הברזל המוזר (III) (Fe₂או₃יש מים מחוברים בכ- 3/2 ח '₂O; כמות המים אינה קבועה ולכן ה- x מול ה- H₂0.

תגובה זו, לעומת זאת, מתרחשת בשלבים.

מתכות כמו ברזל מתמוססות בתהליך אלקטרוכימי. פירוש הדבר שהתהליך פועל כמו תא אלקטרוכימי (בדרך כלל נחשב כסוללה).

ה אָנוֹדָה יהיה מקום בו המתכת לחוצה או פגומה. ה קָטוֹדָה הוא חלק נוסף של המתכת שאינה עוברת קורוזיה. מים משמשים כאלקטרוליט - הגשר - ומעבירים יונים כדי לשמור על זרימת האלקטרונים בתנועה, או, במקרה זה, זרם האלקטרונים שיחליד את אזור האנודה של הברזל.

כל התהליכים האלקטרוכימיים כוללים סוג של תגובה כימית הנקראת הורדת חמצון או תגובות חיזור. בתגובת חמצון יש העברה של אלקטרונים. העברת האלקטרונים בקורוזיה נלקחת מעל פני המתכת ומועברת לקולטני אלקטרונים מתאימים, כמו חמצן ומימן.

תגובות חיזור לעתים קרובות ניתן למקם כחצי תגובות כדי לראות כיצד האלקטרונים נעים בתגובה. מחצית תגובת החמצון מאבדת אלקטרונים, וההפחתה מחצית התגובה צוברת אלקטרונים.

כאשר מים באים במגע עם ברזל, Fe, הברזל מאבד אלקטרונים בתהליך חמצון:

• באנודה חצי תגובה של חמצון: Fe (s) → Fe²⁺(aq) + 2_e_^-

במקביל, בקתודה, חצי תגובה של הפחתה עשויה להיות:

• הפחתת גז חמצן: O₂(ז) + 2H₂O (l) + 4e^- → 4OH^- (aq) 
• או הפחתת מימן: 2H⁺(aq) + 2e- → H₂(ז)
• או השילוב של שניהם: O₂(ז) + 4H⁺(aq) + 4_e_^- → 2H₂O (l)

כאשר נצרכים יוני מימן, ה- pH עולה והופך פחות חומצי, ו- OH^- יונים מופיעים במים. אלה מגיבים לייצור הידרוקסידים מברזל (II) שיתחילו לזרז מתוך התמיסה:

2Fe²⁺(aq) + 4OH^- (aq) → 2Fe (OH)₂(ים)

מכיוון שגם מים וגם חמצן זמינים, חלודה תתרחש בסופו של דבר, אפילו בפלדה, סגסוגת המורכבת ברובה מברזל. אם לא מפסיקים, החלודה תמשיך מעבר לנקודות קטנות ותכסה את כל השטח.

הקווים הנקיים של צורתו המקורית של הציפורן יפנו את מקומם לתכונה קשקשת ואז לבורות קטנים. מכיוון שתחמוצת הברזל היא מולקולה גדולה יותר מהברזל המקורי, היא תופסת מקום רב יותר, וזה מעוות את צורת הציפורן כשהוא מחליד. צורה מעוותת זו גם גורמת לצירים חלודים להידבק ולחרוק.

עם הזמן, חלודה תגיע לליבה, ואת פיסת המתכת ניתן לשבור בקלות בידיים. מלח שהומס במים אינו אחד הגורמים להחלדה, אך הוא מזרז את התהליך.