خوردگی و محیط های خورنده

فلزات در اغلب محیط های شیمیایی در معرض خوردگی هستند، مثلا فلزات در تماس با آب، رطوبت، اسیدها، بازها، نمک ها، روغن ها، مواد گازی و سایر مواد شیمیایی خورده می شوند. به طور کلی مواد معدنی خورنده تر از مواد آلی هستند. به طور مثال خورندگی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی اغلب از اثر مواد معدنی نظیر کلر، گوگرد و … حاصل می شود تا به خاطر مواد آلی مانند روغن، نفت و گازوئیل.

واکنش های خوردگی در محیط های مختلفی رخ می دهد که به اختصار به توضیح آن ها می پردازیم.

1. محیط اسیدی
2. محیط خنثی
3. محیط قلیایی
4. و سایر محیط ها

الف) خوردگی در محیط های اسیدی:

یکی از راه های معمولی تولید هیدروژن در آزمایشگاه قرار دادن روی در داخل یک محلول اسیدی رقیق مانند اسید کلریدریک یا اسید سولفوریک می باشد.

در این حالت یک واکنش سریع صورت می پذیرد که در آن فلز روی مورد حمله قرار گرفته(انحلال فلز روی) و هیدروژن به صورت گاز آزاد می شود.

Zn+2HCl→ZnCl2+H2(g)

به همین صورت فلز روی با اسیدسولفوریک به صورت زیر واکنش داده و سولفات روی (نمک) و گاز هیدروژن ایجاد می شود.

Zn+H2SO4→ZnSO4+H2(g)

فلزات دیگری نیز توسط اسیدها خورده یا حل می شوند که نتیجه ی آن یک نمک محلول و گاز هیدروژن می باشد.

Fe+2HCl→FeCl2+H2(g)

2Al+6HCl→2AlCl3+3H2(g)

دو واکنش بالا نشان می دهد که دو فلز آهن و آلومینیوم هر دو به وسیله اسید کلریدریک خورده می شوند.

ب) خوردگی در محلول های خنثی و قلیایی:

واکنش های خوردگی اغلب در محیط هایی از قبیل: آب شیرین، آب دریا، محلول های نمکی و قلیایی صورت می گیرد، البته وجود اکسیژن برای انجام چنین واکنش هایی ضروری است که معمولا در محیط های آبی اکسیژن از هوا تامین می گردد.

به عنوان مثال می توان به زنگ زدن آهن در محیط مرطوب اشاره کرد که در واقع واکنش زیر اتفاق می افتد:

واکنش آندی:

Fe→Fe2++2e–

چون محیط مورد نظر در تماس با اتمسفر بوده بنابراین حاوی اکسیژن حل شده می باشد. آب و آب دریا تقریبا خنثی هستند لذا واکنش کاتدی عبارت خواهد بود از:

واکنش کاتدی:

O2+2H2O+4e–→4OH–

با توجه به این که یون های سدیم و کلر محلول های نمکی در واکنش شرکت نمی کنند، واکنش کلی از جمع دو واکنش آندی و کاتدی به دست می آید.

2Fe+2H2O+O2→2Fe2++4OH–→2Fe(OH)2

رسوبات هیدروکسید فرو از محلول جدا می شوند. این ترکیب در محلول های حاوی اکسیژن ناپایدار بوده و نمک های فریک اکسید می شود.

2Fe(OH)2+H2O+1/2 O2→2Fe(OH)3

هیدروکسید فریک تشکیل شده، با از دست دادن آب خود به صورت زنگ و به رنگ قرمز مایل به قهوه ای در می آید:

2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O

فلز روی نیز در محیط مرطوب و در حضور اکسیژن به صورت زیر وارد واکنش می شود:

2Zn+2H2O+O2→2Zn(OH)2

Zn(OH)2→ZnO+H2O

اکسید روی حاصل یک رسوب سفید رنگ است که بر روی سطل های گالوانیزه، کانال های عبور آب باران و … دیده می شود.

نکته: معمولا آب های سخت خاصیت خورندگی کم تری نسبت به آب های نرم دارند، علت این امر آن است که آب های سخت بیش تر تمایل به رسوب کردن و ساختن لایه ی محافظ کربنات کلسیم دارند.

ج) خوردگی در سایر محیط ها:

خوردگی در محیط های غیر اسیدی و فاقد اکسیژن هم ممکن است رخ دهد، مثلا می توان به واکنش فلز روی در محیط کلروفریک و سولفات مس اشاره نمود:

Zn+2FeCl3→ZnCl2+2FeCl2

Zn+CuSO4→ZnSO4+Cu