อะไรทำให้เล็บขึ้นสนิม?

ความแวววาวสีเงินของเล็บใหม่อาจเริ่มมีจุดสีน้ำตาลแดงในที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสัมผัสกับองค์ประกอบต่างๆ เป็นเวลานาน นี่คือจุดเริ่มต้นของการเกิดสนิมที่คุ้นเคย สาเหตุของการเกิดสนิมเกิดจากสารเคมีและเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยากับน้ำและออกซิเจน

สาเหตุของการกัดกร่อนจำเป็นต้องมี น้ำและออกซิเจน. น้ำสามารถรวมกับคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิกซึ่งเป็นกรดอ่อน

เมื่อสารละลายที่เป็นกรดนี้ไปถึงธาตุเหล็ก จะเกิดปฏิกิริยาสองอย่าง อย่างแรก น้ำที่เป็นกรด (อิเล็กโทรไลต์ที่ดี - เพิ่มเติมในเรื่องนี้ในภายหลัง) จะละลายเหล็กบางส่วนโดยการเอาอิเล็กตรอนออก จากนั้นน้ำจะเริ่มแตกตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ออกซิเจนอิสระทำปฏิกิริยากับเหล็กที่ละลายแล้วเกิดเป็นเหล็กออกไซด์ และเหล็กออกไซด์เป็นสนิม

จากคำอธิบายนี้ สามารถสร้างสมการของสนิมได้:

เหล็ก + น้ำ + ออกซิเจน → เหล็กออกไซด์ (สนิม)

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดจากการเกิดสนิมคือ:

4Fe (s) + 3O₂(g) + 6H₂O(l)→ 4Fe (OH)₃(ส)

สนิมที่มีรูพรุนนี้ Fe (OH)₃(s) ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพิ่มเติมเพื่อให้เกิดสนิมที่ตกผลึกมากขึ้นด้วยสูตรของ Fe

อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในขั้นตอนต่างๆ

โลหะเช่นเหล็กละลายในกระบวนการไฟฟ้าเคมี ซึ่งหมายความว่ากระบวนการนี้ทำหน้าที่เหมือนเซลล์ไฟฟ้าเคมี (โดยทั่วไปจะคิดว่าเป็นแบตเตอรี่)

ขั้วบวก จะเป็นตำแหน่งที่โลหะถูกกดทับหรือเสียหาย แคโทด เป็นอีกส่วนหนึ่งของโลหะที่ไม่ผ่านการกัดกร่อน น้ำทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ - สะพาน - และขนส่งไอออนเพื่อให้การไหลของอิเล็กตรอนเคลื่อนที่หรือในกรณีนี้คือการไหลของอิเล็กตรอนที่จะกัดกร่อนพื้นที่ขั้วบวกของเหล็ก

กระบวนการไฟฟ้าเคมีทั้งหมดเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ออกซิเดชันลด หรือปฏิกิริยารีดอกซ์ ในปฏิกิริยารีดอกซ์จะมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอน การถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากการกัดกร่อนจะนำออกจากพื้นผิวของโลหะและถ่ายโอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอนที่เหมาะสม เช่น ออกซิเจนและไฮโดรเจน

ปฏิกิริยารีดอกซ์ มักจะถูกวางเป็นครึ่งปฏิกิริยาเพื่อดูว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อย่างไรในปฏิกิริยา ปฏิกิริยาออกซิเดชันครึ่งหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอน และการลดลงครึ่งปฏิกิริยาจะได้รับอิเล็กตรอน

เมื่อน้ำสัมผัสกับเหล็ก Fe เหล็กจะสูญเสียอิเล็กตรอนในกระบวนการออกซิเดชัน:

• ที่ขั้วบวก ปฏิกิริยาครึ่งออกซิเดชัน: Fe (s) → Fe²⁺(aq) + 2_e_^-

พร้อมกันที่แคโทด ปฏิกิริยารีดักชันครึ่งหนึ่งอาจเป็น:

• การลดก๊าซออกซิเจน: O₂(g) + 2H₂O(ล.) + 4e^- → 4OH^- (aq) 
• หรือการลดลงของไฮโดรเจน: 2H⁺(aq) + 2e- → H₂(ช)
• หรือทั้งสองอย่างรวมกัน: O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4_e_^- → 2H₂โอ(ล.)

เมื่อบริโภคไฮโดรเจนไอออน ค่า pH จะเพิ่มขึ้นและเป็นกรดน้อยลง และ OH^- ไอออนปรากฏในน้ำ สิ่งเหล่านี้ทำปฏิกิริยาเพื่อผลิตไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (II) ที่จะเริ่มตกตะกอนจากสารละลาย:

2Fe²⁺(aq) + 4OH^- (aq) → 2Fe (OH)₂(ส)

เนื่อง​จาก​มี​ทั้ง​น้ำ​และ​ออกซิเจน สนิม​ก็​จะ​เกิด​ขึ้น​ใน​ที่​สุด แม้​ใน​เหล็ก โลหะผสม​ที่​ประกอบ​ด้วย​เหล็ก หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่หยุด การเกิดสนิมจะผ่านจุดเล็กๆ และปกคลุมพื้นผิวทั้งหมด

เส้นสะอาดของรูปทรงดั้งเดิมของเล็บจะทำให้มีลักษณะเป็นสะเก็ดและกลายเป็นรูเล็กๆ เนื่องจากเหล็กออกไซด์เป็นโมเลกุลที่เทอะทะกว่าเหล็กดั้งเดิม มันจึงใช้พื้นที่มากกว่า และทำให้รูปร่างของเล็บบิดเบี้ยวเมื่อเกิดสนิม รูปร่างที่บิดเบี้ยวนี้ยังทำให้บานพับที่เป็นสนิมเกาะติดและรับสารภาพ

เมื่อเวลาผ่านไป สนิมจะไปถึงแกนกลาง และชิ้นส่วนของโลหะสามารถหักได้ง่ายด้วยมือ เกลือที่ละลายในน้ำไม่ใช่สาเหตุหนึ่งของการเกิดสนิม แต่จะทำให้กระบวนการเร็วขึ้น