اي غاز قد يسبب الصدا على علبه معدنيه
ينشأ الصدأ في المعادن بسبب حدوث عدد من التفاعلات الكيميائية وفيه يتم اجتماع عدد من العناصر التي تتسب في تكوينه، حيث عندما يتفاعل غاز الأكسجين مع المعدن بشكل ما يبدأ الصدأ في التكون، ويكون الأمر كافي من دون وجود أي عوامل أخرى، ولكن يوجد عدد العوامل التي تتسبب في تكوين الصدأ وعند توافرها يتكون الصدأ مثل الرطوبة والماء.
لذلك يكون الغاز الذي يتسبب في حدوث الصدأ على علبة معدنية هو غاز الأكسجين.
ما هو الصدأ ؟
الصدأ Rust هو عبارة عن طبقة قشرية تتكون على المعادن ويكون لونه أحمر نحاسي، وهذا المصط لع مكن المصطلحات العامية التي يستخدمها العديد من الأشخاص ويمكن التعبير عنه باللغة العربية بمصطلح التأكسد أو التآكل في المعادن، وعلمياُ يكون الصدأ عبارة عن مادة أكسيد الحديد المائي أو أكسيد الحديد، وذلك الناتج يكون من تفاعل الحديد مع الماء والأكسجين.
يبدأ المعدن في التأكل عندما يترك المعدن لفترة طويلة وهو متعرض للرطوبة أو الهواء والماء، وتستغرق هذه العملية من أيام إلى شهور على حسب العوامل التي تحيط بالمعدن، كما أن الصدأ لا يعتبر نوع واحد ولكن يوجد منه العديد من الأنواع المختلفة.
أنواع الصدأ
هناك عدة أنواع من الصدأ والتي يمكن عرضها فيما يلي:
- التجويف أو التآكل: يعتبر التجويف أو التآكل من أنواع الصدأ الذي ينشأ في المعادن غير المحمية، وقد يتواجد هذا لنوع من التآكل في المعادن التي يتم استخدامها في البنية التحتية، وفي ذلك الوقت يظهر الصدأ على هيئة بقع لونها بني وضيقة أو عند مرور الزمن تظهر بشكل أكبر، وقد تلحق الضرر بالمعدن وتؤثر على قوة المعدن وسماكته.
- تآكل الشقوق: بتكون هذا النوع من الصدأ في الأماكن الضيقة والتي تترك لفترة طويلة دون الاهتمام بها مثل الفجوات التي تتواجد في الصامولة أو المسمار.
- التآكل الملامس: ينشأ هذا النوع في الفولاذ المقاوم أو غير القابل للصدأ مع أي معدن غير مقاوم للصدأ، وهذا يحدث من خلال ترسب أكسيد الحديد في المكان الذي يحدث به تلامس معدني، ويكون بداية الصدأ في نقطة التلامس ومن ثم ينتقل إلى باقي أجزاء المعدن.
كيف يتشكل الصدأ
تعتبر عملية الصدأ من العمليات الكهروكيمائية التي تتشكل عند المصعد، وتيكون المعدن بعا من المواد التي يسهل بها فقد الإلكترونات، والمهبط يكون الجزء الذي يتواجد به معدن لديه قدرة على استقبال الإلكترونات بسهولة، كما يوجد بين المصعد والمهبط مادة إلكتروليتية ينتقل من خلالها الإلكترونات فيما بينهم.
- عندما يتآكل المعدن يساهم الإلكتروليت في تزويد المصعد بالأكسجين والذي يتفاعل مع المعدن وبالتلي تكون الصدأ به ويتحلل المعدن ومن ثم يختفي تماماً ويتحول إلى أيونات موجبة معدنية على هيئة صدأ.
- عندما يكون الماء هو العامل الذي يساهم في عملية الصدأ يمكن اعتباره أن إلكتروتيت قوي، وذلك في وجود ثاني أكسيد الكربون الذي يتواجد في الهواء ويقوم بتكوين حمض الكربونيك الضعيف.
- عندما يتحلل الحديد ويتحلل الماء إلى مكوناته الأساسية وهي الأكسجين والهيدروجين، يقوم الأكسجين الحر بالرتباط مع الحديد حتى يقوم بتكوين أكسيد الحديد في عملية التحرر للإلكترونات من المصعد.
- ومن ثم تنتقل إلى المهبط إلى معدن آخر أقل في التفاعل الكهربائي أو إلى نقطة أخرى يوجد بها نفس قطعة الحديد.
التفاعلات الكيميائية المكونة لصدأ الحديد
عندم يتلامس الحديد مع الماء الذي يحتوي على أكسجين تحدث عدة تفاعلات بالترتيب، والتي تقوم بدورها بتأكسد الحديد، والتي يمكن توضيحها في النقاط التالية:
- Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e
- تتحرر الإلكترونات من الحديد فور تفاعله مع الماء أو تعرضه إلى الأكسجين، كما أن هذه المعادلة هي عبارة عن تأكسد الحديد فور تعرضه للأكسجين، في نفس الوقت تنحل جزيئات الهيدروجين عن الأكسجين في الماء بالشكل التالي شرحه في المعادلة.
- 4e– + 4H+(aq) + O2(aq) → 2H2O(l)
- الإلكترونات التي تم تحليلها في في معادلة أكسدة الحديد يتم استخدامها في اختزال الأكسجين والهيدروجين لتكون جزيئات الماء مرة أخرى.
- 2H+(aq) + 2e– → H2(g)
- إذا تواجد الكربون في عملية الأكسدة وزاد تركيزه زادت عملية الأكسدة ولكن في المقابل ينخفض معدل pH ويجعل أيونات الهيدروجين تستهلك كمية أكبر من الإلكترونات لتكوين غاز الهيدروجين بدلاُ من أن تستخدمها في تكون جزيئات الماء من جديد.
- Fe2+(aq) + 2OH–(aq) → Fe(OH)2(s)
- ظهرت أيونات الهيدروكسيد في الماء ومع تأكسد الحديد ارتفع معدل pH، ومن ثم تفاعلات أيونات الهيدروكسيد مع أيون الحديد الثنائي حتي يتكون هيدروكسيد الحديد أو ما يطلق عليه الصدأ الأخضر.
- 4Fe2+(aq) + 4H+(aq) + O2(aq) → 4Fe3+(aq) + 2H2O(l)
- تتفاعل أيونات الحديد مع الأاكسجين وأيونات الهيدروجين لتتكون أيونات الحديد الثلاثية التي يطلق عليها اسم الحديديك.
- Fe3+(aq) + 3OH–(aq) → Fe(OH)3(s)
- تتفاعل أيونات الحديد الثلاثية مع أيونات الهيدروكسيد حتى تقوم بتكوين هيدروكسيد الحديد الثلاثي أو ما يُعرف باسم هيدروكسيد الحديديك Fe(OH)3 وهو عبارة عن صدأ يأخذ اللون البني المحمر ويوجد به مسامات ولكن فور يتحول إلى أكسيد الحديديك Fe2(O)3 وهو الصدأ المتعارف عليه باللون البني المحمر.
حماية الحديد من الصدأ
من طرق حماية المعادن من الصدأ، ما يلي:
- الجلفنة: الجلفنة هي عبارة عن عملية يتم من خلالها طلاء الفولاذ وتغليفه بطبقة رقيقة من معدن آخر، ويعتبر الزنك من أكثر المعدن انتشاراً في الجلفنة وذلك لأنه يلتصق بشكل محكم في الفولاذ، وبالإضافة إلى أنه رخيص الثمن ويعمل عللا تكوين طبقة لمنع الأكسدة.
- الحماية المهبطية: تعتبر الحماية المهبطية أو الكاثودية من التقنيات الحديثة لمستخدمة في حماية الحديد من الصدأ، وفيها يكون الحديد هو المهبط والمعدن الأخر المستخدم معه يكون المصعد، وعادة ما يكون الزنك أو الماغنسيوم هو المادة المستخدمة في المصعد، ويتم وضعه بالقرب من الحديد بحيث يكون ملامس له، وفي وجود الماء ينتقل التيار الكهربي بين القطبين، وبذلك يتآكل الزنك أو الماغنسيوم ويظل الحديد كما هو.
- التسويد: يعتبر من التقنيات الحديثة التي يتم استخدامها في مقاومة الصدأ للحديد البسيط مثل الحديد الذي يستخدم في صناعة الأسلحة.
- التخميل: هو عبارة عن عملية تغليف الحديد بطبقة غير متفاعلة حتى تمنه من تأكل الحديد، وتتكون تلك الطبقة من الأكاسيد أو النيترويد في الظروف الطبيعية في الأس الهيدروجيني وتركيز الأكسجين.
- الطلاء: يتم استخدام الطلاء لعزل المعادن حتى لا تتار بالظروف البيئية المحيطة بها.
- الوقاية: حماية الحديد من الصدأ أو التفاعل مع الأكسجين أو الماء يكون من خلال الحفاظ على نظافة السيارات وعدم غسلها بالماء وحمايتها من الرطوبة، وإن تم غسلها عليك أن تجففها ولا تضعها في الشمس عدد من الساعات أو عدم تعريضها لماء الشتاء أو للهواء الجاف.
- التشحيم: يتم استخدام زيوت التشحيم حتى يتم طلاء الأجزاء القابلة للتآكل في الأجزاء لكبيرة التي تتواجد في السفن أو السيارات، والتي تضم العديد من المواد الكيميائية التي تقوم بمنع تكون الصدأ وتكوين طبقة حماية للحديد.
