Strieborný lesk nového nechtu môže časom začať vykazovať červenohnedé škvrny, najmä keď je vystavený pôsobeniu prvkov dlhšiu dobu. Toto je známy začiatok hrdzavenia. Príčiny hrdzavenia sú chemické a zahŕňajú reakcie s vodou a kyslíkom.
Chemické príčiny hrdzavenia
Príčiny korózie vyžadujú prítomnosť voda a kyslík. Voda sa môže kombinovať s oxidom uhličitým vo vzduchu a vytvárať slabú kyselinu uhličitú.
Keď sa tento kyslý roztok dostane k železu, nastanú dve reakcie. Najskôr okyslená voda (dobrý elektrolyt - viac o tom neskôr) rozpustí časť železa odstránením elektrónov. Potom sa voda začne rozkladať na vodík a kyslík. Voľný kyslík reaguje s rozpusteným železom za vzniku oxidu železa a oxidom železa je hrdza.
Z tohto vysvetlenia možno vytvoriť slovnú rovnicu pre hrdzu:
Železo + voda + kyslík → oxid železitý (hrdza)
Výsledná chemická reakcia hrdze
Výsledná chemická reakcia na hrdzu je:
4 Fe (y) + 3O2(g) + 6 H2O (l) → 4Fe (OH)3s
Táto pórovitá hrdza, Fe (OH)3(s) reaguje s ďalším kyslíkom za vzniku kryštalickejšej hrdze so vzorcom Fe
Táto reakcia sa však deje postupne.
Elektrochemický proces hrdze
Kovy ako železo sa rozpúšťajú elektrochemickým procesom. To znamená, že proces funguje ako elektrochemický článok (bežne sa označuje ako batéria).
The anóda bude miesto, kde je kov namáhaný alebo poškodený. The katóda je ďalšou časťou kovu, ktorá nepodlieha korózii. Voda funguje ako elektrolyt - mostík - a transportuje ióny, aby udržiavala pohyb elektrónov, alebo v tomto prípade tok elektrónov, ktoré korodujú oblasť anódy železa.
Všetky elektrochemické procesy zahŕňajú typ chemickej reakcie nazývanej oxidácia-redukcia alebo redoxné reakcie. Pri redoxnej reakcii dochádza k prenosu elektrónov. Prenos elektrónov v korózii sa odoberá z povrchu kovu a prenáša sa do vhodných akceptorov elektrónov, ako je kyslík a vodík.
Dvojstupňové chemické reakcie hrdze
Redoxné reakcie môžu byť často umiestnené ako polovičné reakcie, aby sa zistilo, ako sa elektróny pohybujú v reakcii. Oxidačná polovičná reakcia stratí elektróny a redukčná polovičná reakcia získa elektróny.
Pri kontakte vody so železom Fe stráca železo elektróny v oxidačnom procese:
- Na anóde oxidačná polovičná reakcia: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Zároveň na katóde môže byť redukčná polovičná reakcia:
- Redukcia plynného kyslíka: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Alebo redukcia vodíka: 2H+(aq) + 2e- → H2g)
- Alebo kombinácia oboch: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
Pri konzumácii vodíkových iónov stúpa pH a stáva sa menej kyslým a OH- vo vode sa objavujú ióny. Tieto reagujú za vzniku hydroxidov železa (II), ktoré sa začnú zrážať z roztoku:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2s
Výskyt hrdzavenia
Pretože voda aj kyslík sú ľahko dostupné, časom sa môže vyskytnúť hrdza, dokonca aj v oceli, čo je zliatina zložená väčšinou zo železa. Ak zostane nezastavené, hrdzavenie bude pokračovať okolo malých škvŕn a pokryje celý povrch.
Čisté línie pôvodného tvaru nechtu ustúpia šupinatému znaku a potom malým jamkám. Pretože oxid železitý je objemnejšia molekula ako pôvodné železo, zaberá viac miesta a pri hrdzavení deformuje tvar nechtu. Tento zdeformovaný tvar tiež spôsobuje prilepenie a škrípanie hrdzavých pántov.
Časom sa hrdza dostane k jadru a kovový kus sa dá ľahko zlomiť v jednej ruke. Soľ rozpustená vo vode nie je jednou z príčin hrdzavenia, ale urýchľuje postup.
