الباب الرابع: الكيمياء الكهربية
تآكل المعادن وحماية الحديد من الصدأ
Corrosion — OCR + guard + SVG.
اضغط أي أداة — لتوليد اختبارات وفلاش كارد وملخصات وتجارب من الدرس تفاعلياً
Corrosion — OCR + guard + SVG.
- ✓يفسر صدأ الحديد كخلايا جلفانية صغيرة
- ✓يميز الحماية الأنودية والكاثودية
- ✓يشرح الجلفنة وقطب Mg المضحي
- ✓يقارن سرعة التآكل في البيئات المختلفة
لماذا يصدأ الحديد في البحر أسرع من الماء العذب؟
الفلزات النقية تتآكل بصعوبة — لكن السبائك الصناعية بها شوائب تنشّط التآكل. ملامسة فلز أقل نشاطاً لفلز أكثر نشاطاً → ↑ تآكل الأنشط. التآكل = تكوين خلايا جلفانية موضعية — الأنود: الفلز المتآكل · الكاثود: فلز أقل نشاط أو شوائب الكربون في الصلب.
الصدأ بطيء — الماء قليل الأيونات. أسرع في ماء البحر (أملاح).
يتآكل Al أولاً
يتآكل Fe أولاً
Sn أقل نشاط → Fe أنود
يتآكل Fe — أسرع عند الخدش
طلاء Sn يحمي ظاهرياً
الخدش = صدأ متسارع
Zn يسبق Fe في سلسلة الجهود → Zn أنود يتآكل أولاً بالكامل قبل Fe. وقت طويل قبل بدء تآكل الحديد من السطح.
سفن ومواسير في ماء مالح/تربة رطبة — توصيل Mg (أكثر نشاطاً) → Mg يتآكل بدلاً من Fe. يُسمى Mg القطب المضحى.
Sn يحمي Fe دائماً
Sn كاثودي — Fe يتآكل عند الخدش
يبدأ التآكل على سطح الجزء المعدني، ويمكن أن يصبح أعمق بمرور الزمن.
الحديد هو المعدن الأكثر شيوعًا في الآلات والمنتجات التجارية. وفي وجود الأكسجين والماء، تصدأ القطعة الصلبة من الحديد النقي بسرعة كبيرة. الصُّلب عبارة عن سبائك تتكوَّن من الحديد مع عناصر أخرى، والكربون هو العنصر الأكثر شيوعًا. بشكلٍ عام، يصدأ الحديد الموجود في الصُّلب ببطء، ويُسمَّى بعض الأنواع الخاصة من الصُّلب «مقاوم الصدأ» إذا كان يصدأ ببطء شديد، أو لا يصدأ على الإطلاق. يتكوَّن الصُّلب المقاوم للصدأ الشائع من سبائك من الحديد والكروم، وغالبًا ما يحتوي على بعض الكربون والنيكل.
لكن بعض المعادن والسبائك يُكوِّن طبقة تخميل؛ وهذه الطبقة من مركب المعدن لا تتقشَّر، ولكنها تلتصق جيدًا بسطح المعدن ولا تتشقَّق. تمنع طبقة التخميل هذه وصول الأكسجين والماء إلى بقية المعدن أو تبطِّئه. وما دامت طبقة التخميل لم تُخدَش أو تتشقَّق أو تنفصل، فإن المعدن الموجود تحتها سيتآكل بشكل أبطأ بكثير ممَّا يتآكل به في عدم وجودها.
يحدث التخميل بشكلٍ طبيعي لمعادن مثل الألومنيوم والكروم؛ فهما معدنان نشطان يرتبطان بسهولة بالأكسجين. ومع ذلك، يمكننا أيضًا استخدام معالجات كيميائية متخصصة مع معادن أخرى تُنتج أنواعًا مختلفة من طبقات التخميل.
يحدث التخميل بشكلٍ طبيعي لمعادن مثل الألومنيوم والكروم؛ فهما معدنان نشطان يرتبطان بسهولة بالأكسجين. ومع ذلك، يمكننا أيضًا استخدام معالجات كيميائية متخصصة مع معادن أخرى تُنتج أنواعًا مختلفة من طبقات التخميل.
في بعض الأحيان يتم تخميل المكوِّنات الكهربية الحساسة كيميائيًّا؛ وهذا يُبطِّئ التآكل دون زيادة سُمك المكوِّن.
كما رأينا في الصُّلب المقاوِم للصدأ، تكون عملية الإشابة أحيانًا كافية لتحويل معدن متآكل ونشط إلى شيء يظل قويًّا ولامعًا. ومن ثَمَّ، فإن الإشابة طريقة أخرى لإبطاء التآكل أو منعه.
الإشابة
بالنسبة إلى الأجزاء غير الميكانيكية، عادةً ما يكون الدهان اختيارًا جيدًا. تُعَد طبقة الدهان حاجزًا ماديًّا طويل المدى لمقاومة التآكل، ويمكنها أيضًا تحسين مظهر الأشياء؛ لذا يُدهن جسم السيارة للاستفادة بكليهما.
الجانب السلبي لهذه الحواجز هو أنها إذا خُدِشت تآكل المعدن الموجود أسفلها.
الجانب السلبي لهذه الحواجز هو أنها إذا خُدِشت تآكل المعدن الموجود أسفلها.
على الرغم من أن الدهانات والزيوت والشحوم (أو الورنيش أو البرايمر) يمكن أن تكون فعَّالة في العديد من الحالات، فإن بعض الحالات يتطلَّب طلاءً يدوم لمدة أطول.
عادةً ما تُستخدم الجلفنة في الحالات التي تتعرَّض فيها الأجزاء المعدنية التي تحتوي على الحديد للعوامل الجوية، مثل السياجات المصنوعة من الصُّلب.
هذا من أشكال الحماية بقطب مُضحٍّ؛ حيث تمت التضحية بمعدن لمنع تآكل معدن آخر.
يمكننا استخدام سلسلة النشاط الكيميائي لتذكُّر المعادن التي تصلح لحماية الحديد من التآكل.
عناصر الزنك والألومنيوم والمغنيسيوم أكثر نشاطًا من الحديد (لذا تتأكسد بدلًا من الحديد). وعناصر الكالسيوم والليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم أكثر نشاطًا من الحديد، لكنها نشطة للغاية أيضًا لدرجة أنها تتفاعل بشدة مع الماء، وهذه ليست صفة جيدة لهذا الاستخدام.
لن يعمل الفلز المضحِّي إلا إذا كان أكثر نشاطًا من الفلز الذي يحميه. وفيما يتعلَّق بالإجابة، يمكننا النظر إلى سلسلة النشاط الكيميائي الآتية.
فلزات المغنيسيوم والألومنيوم والزنك والحديد أكثر نشاطًا من القصدير؛ لذا يمكن استخدامها نظريًّا فلزاتٍ مضحِّيةً للقصدير. أما الرصاص فهو الفلز الوحيد الأقل نشاطًا من القصدير. لذا لن يعمل الرصاص فلزًّا مضحِّيًا للقصدير؛ لأن ميله للتأكسد أقل من القصدير.
جهِّز ظروفًا مختلفة لكلِّ أنبوب اختبار، كما هو موضَّح في الصورة الآتية.
وُضِعت مسامير من الحديد في ثلاث زجاجات مُحكَمة الغَلْق تحتوي على موادَّ مختلفة، كما هو موضَّح.
أيٌّ من الزجاجات الثلاث يحدث فيها الصدأ؟ 1 فقط 1، 2، 3 3 فقط 1، 2 1، 3
أسئلة تطبيقية
٠ / ٦صدأ Fe — الأنود:
جلفنة = حماية:
ماء البحر:
قطب مضحي للسفن:
Al + Cu:
التآكل =