Коррозия

Слово коррозия происходит от латинского соrrodere, что означает разъедать, а коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды. Коррозии подвергаются также камни, дерево, пластмассы и другие полимерные материалы.

Слово коррозия происходит от латинского соrrodere, что означает разъедать

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Среди них как конструкционный материал явно выделяется железо и его сплавы, с которыми возникает много хлопот связанных с их ржавлением. Другие металлы корродируют, но не ржавеют.

Коррозия металлов чаще всего сводится к их окислению и превращению в оксиды. В частности, коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением:

4Fe + 3O2 + 2Н2O = 2Fe2O3*H2O

Гидратированный оксид железа 2Fe2O3*H2O и является тем, что люди называют ржавчиной. Это рыхлый порошок светло-коричневого цвета. Установлено, что коррозии железа способствует наличие в нем серы. Современных людей поражает устойчивость к коррозии некоторых античных предметов, изготовленных из железа. Одной из причин этого является низкое содержание в нем серы. Обычно в железо она попадает из каменного угля при доменной выплавке из руд. В далеком прошлом для этой цели использовался не каменный, а древесный уголь, который практически не содержит серы. Сера в железе обычно содержится в виде сульфидов FeS и др. В процессе коррозии сульфиды железа разлагаются с выделением сероводорода Н2S, который является катализатором коррозии железа.

Многие металлы при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. Например, алюминий – очень активный металл и теоретически с водой должен был бы взаимодействовать в соответствии с уравнением:

2Al + 3H2O = Al2O3 + 3Н2

Однако его поверхность покрывается плотной пленкой оксида Al2O3, которая защищает металл от воздействия воды и кислорода. По этой причине вода в алюминиевом чайнике при нагревании кипит, но не действует на металл и потому чайник служит довольно долгое время. Однако в воздухе часто содержатся оксиды серы, азота, углерода и другие, а в воде – растворенные газы и соли. Поэтому, например, бронзовые статуи, корродируя, покрываются слоем зеленой патины, состав которой отвечает основному сульфату меди (2) (СuOH)2SO4.

Соли и особенно хлориды являются активаторами коррозии и приводят к ускоренному разрушению металлов, в частности транспортных средств и подземных коммуникаций. В частности, большие неприятности связаны с хлоридом натрия, разбрасываемым в зимнее время на дорогах и тротуарах для удаления снега и льда.

По своей сущности коррозию делят на химическую и электрохимическую. Ржавление железа или покрытие патиной бронзы – химическая коррозия. Электрохимическая коррозия часто связана с наличием в металле случайных примесей или специально введенных легирующих добавок.

Сущность электрохимической теории состоит в том, что примеси в металлах создают микрогальванические элементы, в которых происходит перетекание электронов от анодных участков к катодным. Поскольку катодный и анодный процессы разделены на поверхности, то разделены и противоположные потоки ионов, атомов и молекул. Разделенные потоки не мешают друг другу и по этой причине коррозия протекает быстрее, чем в случае отсутствия микрогальванических элементов.

Многие неопытные химики в разное время были озадачены тем, что иногда реакция:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
,

описанная во всех учебниках, не идет. Более опытные химики знают, что в такой ситуации в раствор нужно добавить немного сульфата меди (2) (медного купороса). В этом случае на поверхности цинка выделится медь:

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu

и водород начнет бурно выделяться. При объяснении данного явления в 1830 г. швейцарским химиком А. де-ля Ривом была создана первая электрохимическая теория коррозии.

Вскоре после открытия итальянцем Л. Гальвани электрохимического явления его соотечественник А. Вольта сконструировал (1800) источник электрического тока (гальванический элемент). В одном из вариантов источник состоял из чередующихся медных и цинковых дисков, разделенных пористым материалом, пропитанным раствором соли. В нем цинк является анодом, а медь – катодом. Цинк в виде иона Zn2+ переходит в раствор серной кислоты, а оставшиеся от каждого атома два электрона перетекают на более электроположительный металл – медь:

Zn = Zn2+ + 2e-

К медному катоду подходят ионы водорода, принимают электроны и превращаются в атомы водорода, а затем и в молекулы водорода:

Н+ + е(Сu) = Н; 2Н = Н2

Таким образом, потоки движения ионов разделены и при избытке кислоты процесс протекает до тех пор, пока не растворится весь цинк.

Инструменты