Perché i metalli arrugginiscono?

Cosa c'è di comune tra un chiodo arrugginito, un ponte arrugginito o una recinzione di ferro che perde? Perché le strutture in ferro e i prodotti in ferro arrugginiscono in generale? Cos'è la ruggine in sé? Cercheremo di dare risposte a queste domande nel nostro articolo. Consideriamo le cause della ruggine dei metalli e i metodi di protezione contro questo fenomeno naturale che è dannoso per noi.

Cause di ruggine

Tutto inizia con l'estrazione di metalli. Non solo ferro, ma, per esempio, alluminioe il magnesio viene estratto inizialmente sotto forma di minerale. I minerali di alluminio, manganese, ferro, magnesio non contengono metalli puri, ma i loro composti chimici: carbonati, ossidi, solfuri, idrossidi.

Questi sono composti chimici di metalli con carbonio, ossigeno, zolfo, acqua, ecc. Ci sono uno, due e metalli puri in natura - platino, oro, argento - metalli preziosi - si presentano sotto forma di metalli allo stato libero e non tendono a la formazione di composti chimici.

Tuttavia, la maggior parte dei metalli non sono liberi in condizioni naturali e per liberarli dai composti di partenza è necessario fondere i minerali, riducendo così i metalli puri.

Ma la fusione del minerale contenente metallo, sebbene otteniamo il metallo nella sua forma pura, è ancora uno stato instabile, tutt'altro che naturale. Per questo motivo, un metallo puro in normali condizioni ambientali tende a ritornare al suo stato originale, cioè a ossidarsi, e questa è corrosione del metallo.

Pertanto, la corrosione è un processo di distruzione naturale per i metalli che si verifica in condizioni di interazione con l'ambiente. In particolare, la ruggine è il processo di formazione dell'idrossido di ferro Fe (OH) 3, che procede in presenza di acqua.

Ma il fatto naturale gioca nelle mani delle persone che la reazione di ossidazione nell'atmosfera a cui siamo abituati non è molto veloce, va a una velocità molto bassa, quindi ponti e aerei non crollano all'istante e le pentole non si sbriciolano davanti ai nostri occhi in polvere di zenzero. Inoltre, in linea di principio, la corrosione può essere rallentata ricorrendo ad alcuni trucchi tradizionali.

Ad esempio, l'acciaio inossidabile non arrugginisce, sebbene sia costituito da ferro, che è soggetto a ossidazione, tuttavia non è coperto da idrossido rosso. E la cosa qui è che l'acciaio inossidabile non è puro ferro, l'acciaio inossidabile è una lega di ferro e un altro metallo, principalmente il cromo.

Oltre al cromo, nella composizione dell'acciaio possono essere inclusi cromo, nichel, molibdeno, titanio, niobio, zolfo, fosforo, ecc. L'aggiunta di elementi aggiuntivi alle leghe che sono responsabili di alcune proprietà delle leghe risultanti si chiama lega.

Modi per proteggere dalla corrosione

Come abbiamo notato sopra, il principale elemento legante aggiunto all'acciaio ordinario per conferirgli proprietà anticorrosive è il cromo. Il cromo si ossida più velocemente del ferro, cioè ha un colpo su se stesso. Sulla superficie dell'acciaio inossidabile, quindi, appare dapprima un film protettivo di ossido di cromo, che ha un colore scuro e non sciolto come la normale ruggine di ferro.

L'ossido di cromo non passa attraverso ioni ambientali aggressivi che sono dannosi per il ferro e il metallo è protetto dalla corrosione, come una tuta protettiva ermetica resistente. Cioè, il film di ossido in questo caso ha una funzione protettiva.

La quantità di cromo in acciaio inossidabile di solito non è inferiore al 13%, il nichel è leggermente inferiore in acciaio inossidabile e altri additivi leganti si trovano in quantità molto più piccole.

È grazie ai film protettivi che hanno prima l'impatto ambientale che molti metalli sono resistenti alla corrosione in vari ambienti.Ad esempio, un cucchiaio, un piatto o una padella in alluminio non brilla mai davvero; se guardi da vicino, hanno una tonalità biancastra. Questo è solo ossido di alluminio, che è formato dal contatto dell'alluminio puro con l'aria e quindi protegge il metallo dalla corrosione.

Il film di ossido appare da solo e se si pulisce la padella di alluminio con carta vetrata, dopo alcuni secondi di lucentezza la superficie diventerà di nuovo biancastra - l'alluminio sulla superficie pulita si ossiderà nuovamente sotto l'influenza dell'ossigeno atmosferico.

Poiché su esso stesso si forma un film di allumina, senza particolari accorgimenti tecnologici, viene chiamato film passivo. Tali metalli, sui quali si forma naturalmente un film di ossido, sono chiamati passivanti. In particolare, l'alluminio è un metallo passivato.

Alcuni metalli vengono forzati in uno stato passivo, ad esempio ossido di ferro più elevato - Fe2O3 è in grado di proteggere il ferro e le sue leghe nell'aria ad alte temperature e persino nell'acqua, di cui né l'idrossido rosso né gli ossidi inferiori dello stesso ferro possono vantarsi.

Ci sono passivazione e sfumature nel fenomeno. Ad esempio, nell'acido solforico forte, l'acciaio passivato istantaneamente è resistente alla corrosione e in una soluzione debole di acido solforico, la corrosione inizierà immediatamente.

Perché sta succedendo questo? La risposta all'apparente paradosso è che nell'acido forte, un film passivante si forma istantaneamente sulla superficie dell'acciaio inossidabile, poiché un acido con una concentrazione più elevata ha proprietà ossidanti pronunciate.

Allo stesso tempo, un acido debole non ossida l'acciaio abbastanza rapidamente e il film protettivo non si forma, inizia solo la corrosione. In tali casi, quando il mezzo ossidante non è abbastanza aggressivo, per ottenere l'effetto della passivazione ricorrono a speciali additivi chimici (inibitori, inibitori della corrosione) che aiutano la formazione di un film passivo sulla superficie del metallo.

Poiché non tutti i metalli sono inclini alla formazione di film passivi sulla loro superficie, anche con la forza, l'aggiunta di moderatori al mezzo ossidante porta semplicemente alla ritenzione preventiva del metallo in condizioni di riduzione, quando l'ossidazione è soppressa energicamente, cioè quando l'additivo è presente in un ambiente aggressivo, è energicamente svantaggioso .

Esiste un altro modo per mantenere il metallo nell'ambiente di recupero, se non è possibile utilizzare un inibitore, utilizzare un rivestimento più attivo: il secchio zincato non arrugginisce, poiché lo zinco del rivestimento corrode il ferro a contatto con l'ambiente, ovvero si colpisce su se stesso, essendo un metallo più attivo , lo zinco ha maggiori probabilità di entrare in una reazione chimica.

Il fondo della nave è spesso protetto allo stesso modo: un pezzo di battistrada è attaccato ad esso, quindi il battistrada viene distrutto e il fondo rimane illeso.

La protezione dalla corrosione elettrochimica delle utility sotterranee è anche un modo molto comune per combattere la formazione di ruggine su di esse. Le condizioni di riduzione sono create applicando un potenziale catodico negativo al metallo e in questa modalità il processo di ossidazione del metallo non sarà più in grado di procedere semplicemente energicamente.

Ci si potrebbe chiedere perché le superfici a rischio di corrosione semplicemente non dipingono, perché non semplicemente ricoprire una parte che è vulnerabile alla corrosione ogni volta con lo smalto? Quali sono i diversi modi per?

La risposta è semplice Lo smalto può essere danneggiato, ad esempio, la vernice dell'auto può rompersi in un luogo poco appariscente e il corpo inizierà a arrugginirsi gradualmente ma continuamente, poiché composti di zolfo, sali, acqua, ossigeno, arriveranno in questo luogo e, di conseguenza, il corpo collasserà.

Per prevenire tale sviluppo di eventi, ricorrere a un trattamento anticorrosivo aggiuntivo per il corpo. Un'auto non è una lastra smaltata che può essere gettata via se uno smalto è danneggiato e ne acquista uno nuovo.

Situazione attuale

Nonostante l'apparente conoscenza ed elaborazione del fenomeno della corrosione, nonostante i versatili metodi di protezione utilizzati, la corrosione rappresenta ancora un certo pericolo. Le condutture vengono distrutte e questo porta a emissioni di petrolio e gas, gli aerei cadono, il treno si schianta. La natura è più complessa di quanto possa sembrare a prima vista e l'umanità deve ancora esplorare molti altri aspetti della corrosione.

Pertanto, anche le leghe resistenti alla corrosione si dimostrano stabili solo in determinate condizioni prevedibili, per l'operazione a cui erano state originariamente destinate. Ad esempio, gli acciai inossidabili non tollerano i cloruri e ne sono influenzati: si verificano corrosione peptica, pitting e intercristallina.

Esternamente, senza un pizzico di ruggine, la struttura può improvvisamente crollare se all'interno si formano lesioni piccole ma molto profonde. Le microcricche che penetrano nello spessore del metallo sono invisibili dall'esterno.

Anche una lega non suscettibile alla corrosione può improvvisamente rompersi, essendo sottoposta a stress meccanico prolungato - solo un'enorme crepa distruggerà improvvisamente la struttura. Questo è già successo in tutto il mondo con strutture metalliche, meccanismi e persino aerei ed elicotteri.