Per què s’oxiden els metalls?

Què hi ha de comú entre una ungla rovellada, un pont rovellat o una tanca de ferro que es filtra? Per què s’oxiden les estructures de ferro i els productes de ferro en general? Què és el rovell per se? Intentarem donar respostes a aquestes preguntes al nostre article. Considerem les causes de l’oxidació de metalls i els mètodes de protecció contra aquest fenomen natural que ens és perjudicial.

Causa del rovell

Tot comença amb la mineria de metalls. No només el ferro, sinó, per exemple, aluminii el magnesi són extrets inicialment en forma de mineral. Els minerals d’alumini, manganès, ferro, magnesi no contenen metalls purs, sinó els seus compostos químics: carbonats, òxids, sulfurs, hidròxids.

Es tracta de compostos químics de metalls amb carboni, oxigen, sofre, aigua, etc. Hi ha un, dos i metalls puros a la natura (platí, or, plata - metalls preciosos) es presenten en forma de metalls en estat lliure i no tendeixen a la formació de compostos químics.

Tot i això, la majoria de metalls no estan lliures en condicions naturals i, per alliberar-los dels compostos inicials, cal fondre els minerals, reduint així els metalls purs.

No obstant això, la fundició de mineral que conté metall, tot i que obtenim el metall en la seva forma pura, no deixa de ser un estat inestable, lluny del natural. Per això, un metall pur en condicions ambientals normals acostuma a tornar al seu estat original, és a dir, a oxidar-se, i això és corrosió del metall.

Així, la corrosió és un procés de destrucció natural dels metalls que es produeix en condicions de la seva interacció amb el medi ambient. En particular, l’oxidació és el procés de formació de l’hidròxid de ferro Fe (OH) 3, que es produeix en presència d’aigua.

Però el fet natural que toca a les mans de la gent és que la reacció d’oxidació a l’atmosfera a la que estem acostumats no és gaire ràpida, va a una velocitat molt baixa, de manera que els ponts i els avions no s’esfondren a l’instant i els pots no s’enfonsen davant dels nostres ulls en gingebre en pols. A més, la corrosió, en principi, es pot alentir recorrent a alguns trucs tradicionals.

Per exemple, l’acer inoxidable no s’oxida, tot i que consisteix en ferro, propens a l’oxidació, però no està cobert per hidròxid vermell. I la cosa aquí és que l’acer inoxidable no és ferro pur, l’acer inoxidable és un aliatge de ferro i un altre metall, principalment crom.

A més del crom, el níquel, el molibdè, el titani, el niobi, el sofre, el fòsfor, etc. es poden incloure en la composició de l’acer. L’afegit d’elements addicionals a les aliatges responsables de certes propietats dels aliatges resultants s’anomena aliatge.

Maneres de protecció contra la corrosió

Com hem apuntat anteriorment, l’element principal d’aliatge afegit a l’acer ordinari per donar-li propietats anticorrosió és el crom. Chrome s’oxida més ràpidament que el ferro, és a dir, té un impacte en si mateix. A la superfície d’acer inoxidable apareix, per tant, una pel·lícula protectora d’òxid de crom, que té un color fosc i no tan solta com el rovell de ferro normal.

L’òxid de crom no passa ions agressius del medi ambient perjudicials per al ferro i el metall està protegit de la corrosió, com un vestit protector hermètic durador. És a dir, la pel·lícula d'òxid en aquest cas té una funció protectora.

La quantitat de crom en acer inoxidable no sol ser inferior al 13%, el níquel és lleugerament menor en acer inoxidable, i altres additius d'aliatge es troben en quantitats molt menors.

És gràcies a les pel·lícules de protecció que prenen el primer impacte ambiental que molts metalls són resistents a la corrosió en diversos ambients.Per exemple, una cullera, una placa o una paella d’alumini mai brillen realment; si us fixeu bé, tenen una tonalitat blanquinosa. Es tracta només d’òxid d’alumini, que es forma pel contacte de l’alumini pur amb l’aire, i que després protegeix el metall de la corrosió.

La pel·lícula d’òxid apareix per si sola i, si netegeu la paella d’alumini amb paper de sorra, després d’uns segons de brillantor, la superfície tornarà a ser blanquinosa: l’alumini de la superfície netejada s’oxidarà de nou sota la influència de l’oxigen atmosfèric.

Com que una pel·lícula d’alumina es forma sobre ella mateixa, sense trucs tecnològics especials, s’anomena pel·lícula passiva. Aquests metalls, sobre els quals es forma naturalment una pel·lícula d'òxid, s'anomenen passius. En particular, l’alumini és un metall passivat.

Alguns metalls es veuen forçats a un estat passiu, per exemple, òxid de ferro més alt: Fe2O3 és capaç de protegir el ferro i els seus aliatges a l’aire a temperatures altes i fins i tot a l’aigua, de la qual ni hidròxid vermell ni òxids inferiors del mateix ferro poden presumir.

Hi ha passivitzacions i matisos en el fenomen. Per exemple, en àcid sulfúric fort, l’acer passivat a l’instant és resistent a la corrosió i, en una dèbil solució d’àcid sulfúric, la corrosió començarà immediatament.

Per què passa això? La resposta a la paradoxa aparent és que a l’àcid fort, es forma instantàniament una pel·lícula passivadora a la superfície d’acer inoxidable, ja que un àcid amb una concentració més elevada té propietats oxidants pronunciades.

Al mateix temps, un àcid feble no oxida l’acer amb prou rapidesa i la pel·lícula protectora no es forma, només comença la corrosió. En aquests casos, quan el medi oxidant no és prou agressiu, per aconseguir l'efecte de la passivitat es recorre a additius químics especials (inhibidors, inhibidors de la corrosió) que ajuden a la formació d'una pel·lícula passiva a la superfície del metall.

Com que no tots els metalls són propensos a la formació de pel·lícules passives a la seva superfície, fins i tot per força, l’addició de moderadors al medi oxidant condueix simplement a la retenció preventiva del metall en condicions de reducció, quan l’oxidació es suprimeix energèticament, és a dir, quan l’additiu està present en un entorn agressiu, és desavantatge energèticament. .

Hi ha una altra manera de mantenir el metall en l’entorn de recuperació, si no és possible fer servir un inhibidor, fer servir un recobriment més actiu: la galleda galvanitzada no s’oxida, ja que el zinc del recobriment corroix el ferro en contacte amb l’entorn, és a dir, es produeix un impacte sobre si mateix, sent un metall més actiu , el zinc és més probable que entri en una reacció química.

El fons de la nau està sovint protegit d’una manera similar: s’hi enganxa un tros de la banda de rodatge i, a continuació, es destrueix la pista de rodatge i la part inferior queda ilesa.

La protecció electroquímica contra la corrosió dels serveis públics subterranis també és una forma molt comuna de combatre la formació de rovell sobre ells. Les condicions de reducció es creen aplicant un potencial de càtode negatiu al metall i, en aquest mode, el procés d'oxidació del metall ja no podrà continuar senzillament energèticament.

Es pot preguntar per què les superfícies amb risc de corrosió simplement no pinten, per què no simplement recobrir una part que és vulnerable a la corrosió cada cop amb esmalt? Per a què opten?

La resposta és senzilla. L’esmalt pot resultar danyat, per exemple, la pintura del cotxe es pot trencar en un lloc poc clar i el cos començarà a rugir-se de forma gradual però continuada, ja que els compostos de sofre, sals, aigua, oxigen arribaran a aquest lloc i, com a conseqüència, el cos s’esfondrà.

Per evitar aquest desenvolupament d’esdeveniments, recorre a un tractament anticorrosió addicional del cos. Un cotxe no és una placa esmaltada que es pot llençar si un esmalt es fa malbé i en compra un de nou.

Estat actual

Malgrat l’aparent coneixement i l’elaboració del fenomen de la corrosió, malgrat els versàtils mètodes de protecció utilitzats, la corrosió encara representa un cert perill. Els oleoductes són destruïts i això comporta emissions de petroli i gas, cauen avions i es trenca el tren. La natura és més complexa del que podria semblar a primera vista, i la humanitat encara ha d'explorar molts més aspectes de la corrosió.

Així doncs, fins i tot els aliatges resistents a la corrosió es mostren estables només en determinades condicions previsibles, per a l'operació a la qual van ser destinats inicialment. Per exemple, els acers inoxidables no toleren els clorurs i es veuen afectats, ja que hi ha corrosió pèptica, picant i intercristal.

Cap a l'exterior, sense una pista de rovell, l'estructura es pot ensorrar de sobte si es formen lesions petites, però molt profundes. Les micro-fissures que penetren en el gruix del metall són invisibles des de fora.

Fins i tot, un aliatge no susceptible de corrosió es pot esquerdar sobtadament, que es troba sota una tensió mecànica prolongada; només una gran esquerda destruirà de sobte l'estructura. Això ja ha passat a tot el món amb estructures de construcció metàl·lica, mecanismes, i fins i tot amb avions i helicòpters.