Srebrny połysk nowego paznokcia może w końcu pojawić się czerwonawo-brązowe plamy, szczególnie gdy jest wystawiony na działanie czynników atmosferycznych przez dłuższy czas. To znany początek rdzewienia. Przyczyny rdzewienia są chemiczne i obejmują reakcje z wodą i tlenem.
Chemiczne przyczyny rdzewienia
Przyczyny korozji wymagają obecności woda i tlen. Woda może łączyć się z dwutlenkiem węgla w powietrzu, tworząc kwas węglowy, słaby kwas.
Kiedy ten kwaśny roztwór dotrze do żelaza, zachodzą dwie reakcje. Po pierwsze, zakwaszona woda (dobry elektrolit – o tym później) rozpuści część żelaza usuwając elektrony. Wtedy woda zacznie się rozkładać na wodór i tlen. Wolny tlen reaguje z rozpuszczonym żelazem, tworząc tlenek żelaza, a tlenek żelaza to rdza.
Z tego wyjaśnienia można stworzyć równanie słowne dla rdzy:
Żelazo + woda + tlen → tlenek żelaza (rdza)
Powstała reakcja chemiczna rdzy
Powstała reakcja chemiczna rdzewienia to:
4Fe (s) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Fe (OH)3(y)
Ta porowata rdza, Fe (OH)3(s) reaguje z dodatkowym tlenem, dając bardziej skrystalizowaną rdzę o wzorze Fe
2O3. xH20. Uwodniony tlenek żelaza (III) (Fe2O3) ma dołączoną wodę z około 3/2 H2O; ilość wody nie jest ustalona, więc x przed H20.Ta reakcja zachodzi jednak etapami.
Elektrochemiczny proces rdzy
Metale takie jak żelazo rozpuszczają się w procesie elektrochemicznym. Oznacza to, że proces działa jak ogniwo elektrochemiczne (powszechnie uważane za baterię).
anoda będzie miejscem, w którym metal jest naprężony lub uszkodzony. katoda to kolejna część metalu nie ulegająca korozji. Woda pełni rolę elektrolitu – mostka – i transportuje jony, aby utrzymać przepływ elektronów w ruchu lub, w tym przypadku, przepływ elektronów, które korodują obszar anody w żelazie.
Wszystkie procesy elektrochemiczne obejmują rodzaj reakcji chemicznej zwanej utlenianie-redukcja lub reakcje redoks. W reakcji redoks następuje przeniesienie elektronów. Przenoszenie elektronów w korozji jest pobierane z powierzchni metalu i przenoszone na odpowiednie akceptory elektronów, takie jak tlen i wodór.
Dwuetapowe reakcje chemiczne rdzy
Reakcje redoks często można umieścić jako reakcje połówkowe, aby zobaczyć, jak elektrony poruszają się w reakcji. Połówkowa reakcja utleniania traci elektrony, a połówkowa reakcja redukcji zyskuje elektrony.
Kiedy woda wchodzi w kontakt z żelazem, Fe, żelazo traci elektrony w procesie utleniania:
- Na anodzie połówkowa reakcja utleniania: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Jednocześnie na katodzie połówkowa reakcja redukcji może być:
- Redukcja tlenu gazowego: O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Albo redukcja wodoru: 2H+(aq) + 2e- → H2(sol)
- Lub połączenie obu: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O(l)
Gdy jony wodorowe są zużywane, pH wzrasta i staje się mniej kwaśne, a OH- jony pojawiają się w wodzie. Reagują one, tworząc wodorotlenki żelaza (II), które zaczną wytrącać się z roztworu:
2Fe2+(wodny) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2(y)
Występowanie rdzewienia
Ponieważ zarówno woda, jak i tlen są łatwo dostępne, w końcu pojawi się rdza, nawet w stali, stopie złożonym głównie z żelaza. Jeśli nie zostanie zatrzymany, rdzewienie będzie dalej przechodzić przez małe plamy i pokryje całą powierzchnię.
Czyste linie pierwotnego kształtu paznokcia ustąpią miejsca łuskowatej rysie, a następnie małym wgłębieniom. Ponieważ tlenek żelaza jest bardziej masywną cząsteczką niż oryginalne żelazo, zajmuje więcej miejsca, a to zniekształca kształt paznokcia, gdy rdzewieje. Ten zniekształcony kształt powoduje również przyklejanie i skrzypienie zardzewiałych zawiasów.
Z czasem rdza dotrze do rdzenia, a kawałek metalu można łatwo złamać w dłoniach. Sól rozpuszczona w wodzie nie jest jedną z przyczyn rdzewienia, ale przyspiesza ten proces.