Srebrni sijaj novega nohta lahko sčasoma začne rdeče-rjave lise, še posebej, če je dlje časa izpostavljen elementom. To je že znan začetek rjavenja. Vzroki za rjavenje so kemični in vključujejo reakcije z vodo in kisikom.
Kemični vzroki rje
Vzroki korozije zahtevajo prisotnost voda in kisik. Voda se lahko kombinira z ogljikovim dioksidom v zraku in tvori ogljikovo kislino, šibko kislino.
Ko ta kisla raztopina doseže železo, pride do dveh reakcij. Najprej bo kisla voda (dober elektrolit - več o tem kasneje) raztopila nekaj železa z odstranjevanjem elektronov. Nato se bo voda začela razgrajevati na vodik in kisik. Prosti kisik reagira z raztopljenim železom in tvori železov oksid, železov oksid pa je rja.
Iz te razlage je mogoče ustvariti besedno enačbo rje:
Železo + voda + kisik → železov oksid (rja)
Posledica kemične reakcije rje
Nastala kemijska reakcija rjavenja je:
4Fe (s) + 3O2(g) + 6H2O (l) → 4Fe (OH)3(s)
Ta porozna rja, Fe (OH)3(s) reagira z dodatnim kisikom, da dobi bolj kristalizirano rjo s formulo Fe
2O3. xH20. Hidrirani železov (III) oksid (Fe2O3) ima vodo pritrjeno s približno 3/2 H2O; količina vode ni fiksna, tako da je x pred H20.Ta reakcija pa se dogaja v korakih.
Elektrokemijski proces rje
Kovine, kot je železo, se v elektrokemičnem procesu raztopijo. To pomeni, da postopek deluje kot elektrokemijska celica (ki jo običajno imenujemo baterija).
The anoda bo mesto, kjer je kovina obremenjena ali poškodovana. The katoda je drugi del kovine, ki ni korozijska. Voda deluje kot elektrolit - most - in prenaša ione, da ohranja tok elektronov, ki se gibljejo, ali v tem primeru tok elektronov, ki bo korodiral anodno območje železa.
Vsi elektrokemijski procesi vključujejo tako imenovano kemično reakcijo oksidacija-redukcija ali redoks reakcije. Pri redoks reakciji pride do prenosa elektronov. Prenos elektronov v koroziji se vzame s površine kovine in prenese v ustrezne sprejemnike elektronov, kot sta kisik in vodik.
Dvostopenjske kemične reakcije rje
Redoks reakcije lahko pogosto postavimo kot polovične reakcije, da vidimo, kako se elektroni gibljejo v reakciji. Oksidacijska polovična reakcija izgubi elektrone, redukcijska polovična reakcija pa elektrone.
Ko voda pride v stik z železom, Fe, železo izgubi elektrone v procesu oksidacije:
- Na anodi je oksidacijska polovična reakcija: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Istočasno je lahko na katodi redukcijska polovična reakcija:
- Zmanjšanje plina kisika: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Ali redukcija vodika: 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
- Ali kombinacija obeh: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
Ko se vodikovi ioni porabijo, se pH zviša in postane manj kisel, OH pa- v vodi se pojavijo ioni. Ti reagirajo in tvorijo železove (II) hidrokside, ki se začnejo obarvati iz raztopine:
2Fe2+(vod.) + 40H- (aq) → 2Fe (OH)2(s)
Pojav rjavenja
Ker sta tako voda kot kisik na voljo, se bo sčasoma zgodila rja, tudi v jeklu, zlitini, sestavljeni pretežno iz železa. Če se rja ne ustavi, se bo nadaljevala mimo majhnih lis in pokrivala celotno površino.
Čiste črte prvotne oblike nohtov bodo umaknile luskaste lastnosti in nato majhne jamice. Ker je železov oksid močnejša molekula od prvotnega železa, zavzame več prostora in to izkrivlja obliko nohta, ko rja. Ta izkrivljena oblika povzroča tudi lepljenje in škripanje zarjavelih tečajev.
Sčasoma bo rja dosegla jedro in kos kovine se bo zlahka zlomil v rokah. Sol, raztopljena v vodi, ni eden od vzrokov za rjavenje, vendar pa pospeši postopek.