На срібному блиску нового нігтя з часом можуть з’являтися червонувато-коричневі плями, особливо при впливі елементів довгий час. Це знайоме початок іржавлення. Причини іржі хімічні і пов’язані з реакціями з водою та киснем.
Хімічні причини іржавлення
Причини корозії вимагають наявності вода і кисень. Вода може поєднуватися з вуглекислим газом у повітрі, утворюючи вугільну кислоту, слабку кислоту.
Коли цей кислий розчин досягає заліза, відбуваються дві реакції. По-перше, підкислена вода (хороший електроліт - про це далі) розчинить частину заліза, видаливши електрони. Потім вода почне розпадатися на водень та кисень. Вільний кисень реагує з розчиненим залізом, утворюючи оксид заліза, а оксид заліза - іржа.
З цього пояснення можна створити рівняння слова для іржі:
Залізо + вода + кисень → оксид заліза (іржа)
У результаті хімічна реакція іржі
Отримана хімічна реакція іржавлення:
4Fe (s) + 3O2(г) + 6Н2O (l) → 4Fe (OH)3(s)
Ця пориста іржа, Fe (OH)3(s) реагує з додатковим киснем, утворюючи більш кристалізовану іржу з формулою Fe
Однак ця реакція відбувається поетапно.
Електрохімічний процес іржі
Такі метали, як залізо, розчиняються в електрохімічному процесі. Це означає, що процес діє як електрохімічна комірка (яку зазвичай називають батареєю).
анод буде місце, де метал під напругою або пошкоджений. катод - це інша частина металу, що не зазнає корозії. Вода діє як електроліт - місток - і транспортує іони, щоб утримувати потік електронів, що рухаються, або, в цьому випадку, потік електронів, який роз’їде анодну область заліза.
Усі електрохімічні процеси включають такий тип хімічної реакції, який називається окислення-відновлення або окисно-відновних реакцій. При окисно-відновній реакції відбувається перенесення електронів. Передавання електронів в корозії береться з поверхні металу і переноситься у відповідні акцептори електронів, такі як кисень та водень.
Двоступеневі хімічні реакції іржі
Окисно-відновні реакції часто можна помістити як напівреакції, щоб побачити, як рухаються електрони в реакції. Напівреакція окислення втрачає електрони, а напівреакція відновлення отримує електрони.
Коли вода контактує із залізом, Fe, залізо втрачає електрони в процесі окислення:
- На аноді напівреакція окислення: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Одночасно на катоді може бути:
- Відновлення газоподібного кисню: O2(г) + 2Н2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Або відновлення водню: 2Н+(aq) + 2e- → H2(g)
- Або поєднання обох: O2(г) + 4Н+(aq) + 4_e_- → 2Н2O (l)
У міру споживання іонів водню рН підвищується і стає менш кислим, а ОН- у воді з’являються іони. Вони реагують на утворення гідроксидів заліза (II), які починають випадати в осад з розчину:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2(s)
Виникнення іржі
Оскільки як вода, так і кисень є легкодоступними, зрештою трапляється іржа, навіть у сталі, сплаві, що складається переважно із заліза. Якщо його не зупинити, іржа буде продовжуватися повз дрібних плям і покривати всю поверхню.
Чисті лінії початкової форми нігтя поступляться лускатій рисі, а потім невеликим ямкам. Оскільки оксид заліза є більш об’ємною молекулою, ніж вихідне залізо, він займає більше місця, і це спотворює форму нігтя в міру іржавлення. Ця спотворена форма також призводить до того, що іржаві петлі прилипають і скриплять.
З часом іржа досягне серцевини, і шматок металу легко зламається в руках. Сіль, розчинена у воді, не є однією з причин іржавлення, але це прискорює процес.