Що таке корозія?
Слово корозія походить від латинського соrrodere, що означає роз'їдати, а корозією називають мимовільний процес руйнування матеріалів та виробів з них під хімічним впливом навколишнього середовища. Корозії піддаються каміння, дерево, пластмаси та інші полімерні матеріали.
Метали становлять одну з основ цивілізації на планеті Земля. Серед них як конструкційний матеріал явно виділяється залізо та його сплави, з якими виникає багато клопотів пов'язаних з їх іржавінням. Інші метали корродують, але не іржавіють.
Корозія металів найчастіше зводиться до їхнього окислення та перетворення на оксиди. Зокрема, корозія заліза може бути описана спрощеним рівнянням:
Гідратований оксид заліза 2Fe2O3*H2O і є тим, що люди називають іржею. Це пухкий порошок світло-коричневого кольору. Встановлено, що корозії заліза сприяє наявність у ньому сірки. Сучасних людей вражає стійкість до корозії деяких античних предметів, виготовлених із заліза. Однією з причин цього є низький вміст у ньому сірки. Зазвичай до заліза вона потрапляє з кам'яного вугілля при доменній виплавці з руд. У далекому минулому для цієї мети використовувалося не кам'яне, а деревне вугілля, яке практично не містить сірки. Сірка в залізі зазвичай міститься у вигляді сульфідів FeS та ін. У процесі корозії сульфіди заліза розкладаються з виділенням сірководню Н2S, який є каталізатором корозії заліза.
Багато металів при корозії покриваються щільною, добре скріпленою з металами оксидною плівкою, яка оберігає метал від подальшого окиснення. Наприклад, алюміній – дуже активний метал і теоретично з водою мав би взаємодіяти відповідно до рівняння:
Однак його поверхня покривається щільною плівкою оксиду Al2O3, яка захищає метал від впливу води та кисню. Тому вода в алюмінієвому чайнику при нагріванні кипить, але не діє на метал і тому чайник служить досить довгий час. Однак у повітрі часто містяться оксиди сірки, азоту, вуглецю та інші, а у воді – розчинені гази та солі. Тому, наприклад, бронзові статуї, кородуючи, покриваються шаром зеленої патини, склад якої відповідає основному сульфату міді (2) (СuOH)2SO4.
Солі та особливо хлориди є активаторами корозії та призводять до прискореного руйнування металів, зокрема транспортних засобів та підземних комунікацій. Зокрема, великі неприємності пов'язані з хлоридом натрію, який розкидається в зимовий час на дорогах і тротуарах для видалення снігу і льоду.
За своєю сутністю корозію ділять на хімічну та електрохімічну. Іржавіння заліза чи покриття патиної бронзи – хімічна корозія. Електрохімічна корозія часто пов'язана з наявністю у металі випадкових домішок або спеціально введених добавок, що легують.
Сутність електрохімічної теорії полягає в тому, що домішки у металах створюють мікрогальванічні елементи, в яких відбувається перетікання електронів від анодних ділянок до катодних. Оскільки катодний та анодний процеси розділені на поверхні, то розділені і протилежні потоки іонів, атомів та молекул. Розділені потоки не заважають один одному і тому корозія протікає швидше, ніж у разі відсутності мікрогальванічних елементів.
Багато недосвідчених хіміків у різний час були спантеличені тим, що іноді реакція:
описана у всіх підручниках, не відбувається. Більш досвідчені хіміки знають, що в такій ситуації до розчину потрібно додати трохи сульфату міді (2) (мідного купоросу). У цьому випадку на поверхні цинку виділиться мідь:
і водень почне бурхливо виділятись. При поясненні цього явища в 1830 р. швейцарським хіміком А. де-ля Рівом було створено першу електрохімічну теорію корозії.
Незабаром після відкриття італійцем Л. Гальвані електрохімічного явища його співвітчизник А. Вольта сконструював (1800) джерело електричного струму (гальванічний елемент). В одному з варіантів джерело складалося з мідних і цинкових дисків, що чергуються, розділених пористим матеріалом, просоченим розчином солі. У ньому цинк є анодом, а мідь – катодом. Цинк у вигляді іону Zn2+ переходить у розчин сірчаної кислоти, а два електрони, що залишилися від кожного атома, перетікають на більш електропозитивний метал – мідь
До мідного катода підходять іони водню, приймають електрони і перетворюються на атоми водню, а потім і на молекули водню:
Таким чином, потоки руху іонів розділені і при надлишку кислоти процес протікає доти, доки не розчиниться весь цинк.
