شما در حال مطالعه نسخه آفلاین یکی از مطالب «مجله فرادرس» هستید. لطفاً توجه داشته باشید، ممکن است برخی از قابلیتهای تعاملی مطالب، مانند امکان پاسخ به پرسشهای چهار گزینهای و مشاهده جواب صحیح آن‌ها، نمایش نتیجه آزمونها، پاسخ تشریحی سوالات، پخش فایلهای صوتی و تصویری و غیره، در این نسخه در دسترس نباشند. برای دسترسی به نسخه آنلاین مطلب، استفاده از کلیه امکانات آن و داشتن تجربه کاربری بهتر اینجا کلیک کنید.
خوردگی فلزات فرآیندی است که در آن فلزات به اعداد اکسایش اصلی خود می‌رسند. درحقیقت، خوردگی فلزات یک واکنش اکسایش و کاهش است که در آن، فلز توسط محیط اطراف خود اکسید می‌شود. به طور معمول، اکسیژن هوا در این فرآیندها نقش اکسنده دارد. این واکنش از نظر الکتروشیمی نیز جزو واکنش‌های محبوب و خود به خودی به حساب می‌آید. به عبارت دیگر، این فرآیند شامل تشکیل یک سلول گالوانی است که در آن فلز مورد بحث به صورت آند عمل می‌کند و به طور معمول دچار خوردگی یا از بین رفتن عملکرد خود می‌شود.
خوردگی فلزات یک اتفاق همیشگی است. این اتفاق مانند زنگ آهن نرده‌های یک حیاط هر روز به چشم می‌آید. در این آموزش قصد داریم تا روند خوردگی فلزات را توضیح دهیم و تمهیداتی را که موجب کنترل خوردگی فلزات می‌شوند به سادگی بیان کنیم. فلزات با روش‌های مختلفی از سنگ معدن‌های خود استخراج می‌شوند. این روش‌ها معمولا هزینه بر است و بروز این اتفاق در فلزات موجب هدررفت سرمایه و انرژی خواهد بود.
ادامه روند خوردگی فلزات، نه تنها به‌صرفه نیست، بلکه هزینه‌هایی را برای صنایع به بار می‌آورد. هزینه‌هایی که بروز این پدیده ایجاد می‌کند تنها برای ایالات متحده در حدود 276 میلیارد دلار در سال است. در نتیجه، کنترل این پدیده و مطالعه آن اهمیت بسیاری دارد. سیستم‌های خدماتی همچون تامین آب آشامیدنی و بعد از آن موتور وسایل نقلیه، بیشترین تاثیر را از این پدیده می‌گیرند.
بسیاری از فلزاتی که در صنایع تولیدی استفاده می‌شوند، به طور طبیعی در سنگ معدن‌ها وجود دارند و باید از آن‌ها جداسازی شوند. این فلزات همچون آهن، به طور خود به خودی به حالت اولیه خود باز می‌گردند. بررسی فلزات در قالب «سری‌های گالوانی» (Galvanic Series) به ما در فهم احتمال خوردگی آن‌ها کمک می‌کند.
این پدیده به عنوان تخریب مواد با استفاده از واکنش‌های شیمیایی نیز شناخته می‌شود. مهمترین این فرآیندها، واکنش‌های الکتروشیمیایی است که در آن اکسید شدن یک فلز در حضور یک پذیرنده الکترون سرعت می‌یابد.
علاوه بر این، همانطور که اشاره شد، این پدیده را می‌توان به صورت بازگشت فلزات به سنگ معدن‌های خود نیز تعریف کرد.
نحوه شروع خوردگی
خوردگی فلزات از دو راه بروز می‌کند: یا به صورت سطحی و در سطح فلز یا به صورت موضعی.
خوردگی سطحی: این نوع از خوردگی فلزات فقط در شرایط اسیدی بوجود می‌آید که به صورت کاملا یکنواخت در سطح فلز اتفاق می‌افتد و در نهایت سبب ورقه ورقه شدن فلز می‌شود.
خوردگی موضعی: معمول‌ترین نوع خوردگی موضعی (حفره‌ای)، پوسیدگی و ایجاد حفرات است. با بروز این پدیده در یک نقطه و ایجاد حفره، پوسیدگی صورت می‌گیرد. پیشگیری از این نوع خوردگی فلزات معمولا بسیار پیچیده و شناسایی آن قبل از وقوع برای مهندسان دشوار است.
نمایی از خوردگی موضعی در یک فلز
فهم خوردگی به عنوان یک فرآیند الکتروشیمیایی
این پدیده حاصل انجام واکنش‌های اکسایش و کاهش است که با واکنش در باتری‌ها مقایسه می‌شود. فلز خورده شده به عنوان یک آند عمل می‌کند و با اکسید شدن، یون‌ها و الکترون‌های آزاد را تشکیل می‌دهد. الکترون‌های آزاد، اکسیژن را کاهش می‌دهند و در بیشتر موارد موجب تشکیل هیدروکسید و واکنش کاتدی می‌شوند.
تجزیه فلز در آند دو پیامد را به دنبال دارد: یون‌های فلزی می‌توانند در محلول هیدراته شوند یا اینکه ترکیباتی جامد را در سطح فلز تشکیل دهند. در حالت اول، اکسیداسیون ادامه پیدا می‌کند و حفره ایجاد شده بزرگتر می‌شود. در حالت دوم، با تشکیل لایه‌ای در سطح خوردگی، مانعی برای ادامه فرآیند بوجود می‌آید.
سلول‌های خوردگی و واکنش‌ها
اصلی‌ترین مشخصه این پدیده، بروز مراحل اکسایش و کاهش در بخش‌هایی جداگانه از سطح فلز است. این امر به دلیل خاصیت رسانایی فلزات امکان‌پذیر است و الکترون‌ها می‌توانند در طول فلز از یک محیط آندی به یک محیط کاتدی منتقل شوند.
در این واکنش‌ها، حضور آب برای ادامه فرآیند الزامی است؛ اما جذب رطوبت نیز برای این امر کفایت می‌کند. یک سیستم خوردگی را می‌توان به یک مدار اتصال کوتاه الکتروشیمیایی نسبت داد که فرآیند آندی آن به شکل زیر است:
$$$\mathrm { Fe } ( \mathrm { s } ) \rightarrow \mathrm { Fe } ^ { 2 + } ( \mathrm { aq } ) + 2 \mathrm { e } ^ { - }$$
«سهیل بحرکاظمی» دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی نفت از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و تا امروز تولید مطالب متنوعی از مجله فرادرس را در حوزه‌های شیمی، هنر و بازاریابی به عهده داشته است. او اکنون به عنوان مدیر مجله علمی-آموزشی فرادرس فعالیت می‌کند.
شما در حال مطالعه نسخه آفلاین یکی از مطالب «مجله فرادرس» هستید. لطفاً توجه داشته باشید، ممکن است برخی از قابلیتهای تعاملی مطالب، مانند امکان پاسخ به پرسشهای چهار گزینهای و مشاهده جواب صحیح آن‌ها، نمایش نتیجه آزمونها، پاسخ تشریحی سوالات، پخش فایلهای صوتی و تصویری و غیره، در این نسخه در دسترس نباشند. برای دسترسی به نسخه آنلاین مطلب، استفاده از کلیه امکانات آن و داشتن تجربه کاربری بهتر اینجا کلیک کنید.
