تآكل المعادن

ما المقصود بتآكل المعادن؟

– تآكل المعادن فى خسائر فادحة يؤدى إلى تدهور المنشآت وخاصة الحديدية منها

– يقدر الحديد المفقود نتيجة التآكل بحوالى ربع إنتاج العالم منه سنوياً ومن هنا كان الاهتمام بهذه الظاهرة ومحاولة التغلب عليها

الصـدأ : عملية تآكل كيميائى للفلزات بفعل الوسط المحيط

ميكانيكية التآكل :

– فى معظم الحالات يكون تآكل الفلزات النقية صعباً ( الحديد لا يصدأ بسهولة إذا كان نقياً جداً ) ، لكن معظم المعادن الصناعية تحتوى دائماً على شوائب مختلفة تنشط عملية التآكل أى أن ملامسة فلز أقل نشاطاً لفلز آخر أكثر نشاطاً تسبب زيادة تآكل الفلز الأنشط فى هذا الوسط

– على ذلك يمكن أن نستنتج أن تآكل الفلزات يحدث عن طريق تكون خلايا جلفانية يكون آنودها الفلز المتآكل أما الكاثود فيكون الفلز الأقل نشاطاً أو الكربون الموجود فى صورة شوائب وهذا هو سبب تآكل الصلب

تفسير ميكانيكية تآكل الحديد والصلب

2Fe_(s)­­ + 3H₂O_(ℓ)   + 1.5 O_2(g)  → 2Fe(OH)_3(s)

– عند تعرض قطعة حديد للتشقق أو للكسر فإنها تكون خلية جلفانية مع الماء المذاب فيه بعض الأيونات والذى يقم بدور المحلول الإلكتروليتى ويكون الآنود هو قطعة الحديد ، ويتم التأكسد تبعاً للمعادلة : 

2Fe⁺²_(aq)­­   +4 e^–    →   2Fe _(s)

تصبح أيونات  Fe⁺² جزء من المحلول الإلكتروليتى وتنتقل الإلكترونات خلال قطعة الحديد إلى الكاثود والذى تمثله شوائب الكربون الموجودة فى الحديد

– أى أن قطعة الحديد تقوم بدور كل من الآنود والدائرة الخارجية    

عند الكاثود: يتم اختزال أكسجين الخواء الى مجموعة الهيدوكسيد

تتحد أيونات الحديد ⁺Fe²  مع أيونات الهيدروكسيد ^_ OH مكونة هيدروكسيد الحديدII

يتأكسد هيدروكسيد الحديد II بواسطة الاكسجين الذائب في الماء الى هيدروكسيد حديد III

وبجمع المعادلات السابقة تنتج المعادلة الكلية التالية:

ملحوظة

1- الصدأ عملية بطيئة لأن : الماء يحتوى على كميات محدودة من الأيونات

2- يتم الصدأ بأكثر سرعة إذا احتوى الماء على كميات أكبر من الأيونات كما فى ماء البحر

العوامل التى تؤدى إلى تآكل الفلزات  

Œ العوامل تتعلق بالفلز نفسه  :

1- عدم تجانس السبائك :

الفلزات المستخدمة فى الصناعة غالباً ما تكون فى صورة سبائك ومن الصعوبة تحضير هذه السبائك فى صورة متجانسة التركيب ولذلك ينشأ عدد لا نهائى من الخلايا الموضعية تسبب تآكل الفلز الأكثر نشاطاً

2- اتصال الفلزات ببعضها :

عند موضع لحام الفلزات ببعضها أو استخدام مسامير برشام من فلز مختلف يؤدى ذلك إلى تكوين خلايا جلفانية موضعية تسبب تآكل الفلز الأنشط فعند تلامس الأومنيوم والنحاس فيتآكل الألومنيوم أولاً وفى حالة تلامس الحديد والنحاس يتآكل الحديد أولاً

 عوامل تتعلق بالوسط المحيط ( العوامل الخارجية ) :

يعتبر الماء والأكسجين والأملاح من العوامل الخارجية التى تؤثر بشكل أساسى فى عملية تآكل المعادن  

وقاية الحديد من الصداً  

يعتبر الحفاظ على الفلزات وحمايتها من الصدأ وبالأخص الحديد من أساسيات حماية الاقتصاد العالمى

طرق الحماية من الصدأ :

تتم عملية حماية الحديد من الصدأ بتغطيته بمادة أخرى لعزله عن الوسط المحيط به وذلك بوسيلتين :

1- الطلاء بالمواد العضوية كالزيت أو الورنيش أو السلاقون وهى طريقة غير فعالة على المدى البعيد

2- التغطية بالفلزات المقاومة للتآكل فمثلاً تجرى عملية ( جلفنة الصلب ) بغمس الصلب فى الخارصين المنصهر

كما يستخدم الماغنسيوم فى وقاية الصلب المستخدم فى صناعة السفن ، والقصدير فى وقاية الحديد المستخدم صناعة علب المأكولات المعدنية

أ- الحماية الكاثودية ( الغطاء الكاثودى ) :

– إذا كان الفلز الواقى أقل نشاطاً مثل القصدير  من الفلز الأصلى ( مثل الحديد ) تتكون خلية جلفانية يكون الحديد الفلز الأنشط هو الآنود فيتآكل الحديد

– لذلك يصدأ الحديد المطلى بالقصدير عند الخدش أكثر وأسرع من الحديد

ب- الحماية الآنودية ( الغطاء الآنودى ) :

– معنى ذلك تغطية الفلز بفلز أكثر منه نشاطاً مثل طلاء الحديد بالخارصين ( جلفنة الحديد ) حيث أن الخارصين يسبق الحديد فى سلسلة الجهود الكهربية

– فعندما تنشأ خلية جلفانية يكون الخارصين فيها هو الآنود فإنه يتآكل أولاً بالكامل قبل أن يبدأ الحديد فى التآكل ويستغرق هذا وقتاً طويلاً حيث أن تآكل الحديد من سطحه

– نظراً لأن هياكل السفن تكون دائمة الاتصال بالماء المالح وكذلك مواسير الحديد المدفونة فى التربة الرطبة ، فإنها تكون أكثر عرضه للتآكل ولحمايتها يتم جعلها كاثوداً وذلك بتوصيلها بفلز آخر أكثر نشاطاً من الحديد مثل الماغنسيوم ليعمل كآنود فيتآكل الماغنسيوم بدلاً من الحديد لذا يسمى الماغنسيوم بالقطب المضحى

تدريب

علل:

1- تزداد عملية تآكل الحديد عند وجوده فى وسط مائى

لأن وجود الأكسجين والأملاح فيه تجعله موصل جيد للكهرباء مما يسرع من العمليات الكيميائية

2-  صعوبة صدأ الألومنيوم  

لأن الألومنيوم يتفاعل مع الهواء  الجوى مكوناً طبقة صلبة غير مسامية من أكسيد الألومنيوم لا تذوب فى الماء فتحميه من التآكل

3- تتآكل معظم المعادن الصناعية عند اختلاطها بالشوائب

لتكون خلايا جلفانية موضعية بين الفلز الأصلى والشوائب يتآكل فيها الفلز الأكثر نشاطاً

4- الصدأ عملية بطيئة

لاحتواء الماء على كميات محدودة من الأيونات

5- اتصال الفلزات ببعضها يتسبب في زيادة سرعة عملية الصدأ

لتكون خلايا جلفانية موضعية تسبب تآكل فيها الفلز الأكثر نشاطاً

 6-تزداد سرعة صدأ معلبات المأكولات المحفوظة عند خدشها

لتكون خلية جلفانية يكون الآنود فيها هو الحديد حيث أنه أكثر نشاطا

 7-يفضل الغطاء الآنودى على الغطاء الكاثودى

لأنه عند حدوث خدش فى طبقة الطلاء المراد حمايته لا يبدأ فى التآكل إلا بعد تآكل طبقة الغطاء الآنودى بالكامل وهو ما يستغرق وقتاً طويلاً جداً

8- توصل مواسير الحديد المدفونة فى التربة الرطبة بصفيحة من الماغنسيوم

ليعمل الماغنسيوم كقطب مضحى يتآكل بدلاً من الحديد

 المراجع:

1- موقع نجوى 

2-ويكيبيديا 

3- جامعة كربلاء