Почему железо ржавеет

Почему одно железо не ржавеет, а другое ржавеет?

ПЕРВОЕ ИЗ НИХ – МЕТЕОРИТНОЕ, А ВТОРОЕ – АСТЕРОИДНОЕ-ЗЕМНОЕ

Уникальная железная Кутубская колонна в Индии, которая не ржавеет более тысячи лет.
В Индии, на территории комплекса Кутб-Минар в Дели находится один из самых загадочных в мире предметов – знаменитая Железная колонна. Ее назывют Кутубской колонной, или колонной Махарсули. Её стоило бы отнести к одному из того, что сейчас принято называть «чудеса света», ибо современная наука сам факт ее существования, иначе как чудом объяснить не может. В том виде, в котором она есть, она просто существовать не может!
На этой колонне имеется санскритское стихотворение, которое говорит о том, что данная колонна поставлена в период правления царя Чандрагупты II из династии Гуптов, царствовавшего между 381 и 414 гг. нашей эры. Хотя это не подтверждает изготовление колонны именно в этот период – не исключено, что сама колонна была изготовлена существенно раньше, а надпись нанесена позднее. На сегодняшний момент Кутубская колонна, пожалуй, один из самых загадочных памятников индийской культуры.
Изначально Железная колонна увенчивалась изображением мифической птицы Гаруды, посвящалась богу Вишну и находилась в другом месте Индии. Позднее мусульманские завоеватели, не понимая толком с чем имеют дело, перенесли ее во двор мечети Кувват уль-Ислам. Скорее всего, именно тогда с колонны исчезла птица Гаруда и куда делась неизвестно.

2)
КУТУБСКАЯ КОЛОННА ИМЕЕТ СЛЕДУЮЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: ВЫПОЛНЕНА ИЗ ЧИСТОГО ЖЕЛЕЗА, МОНОЛИТНА, ТО ЕСТЬ НЕ ИМЕЕТ НИ ОДНОГО СВАРНОГО ИЛИ ЛЮБОГО ДРУГОГО СОЕДИНИТЕЛЬНОГО ШВА, ВЫСОТА – 7,3 МЕТРА, ВЕС – БОЛЕЕ 6,5 ТОНН; ДИАМЕТР У ОСНОВАНИЯ – 42 СМ., ДИАМЕТР У ВЕРХА – 30 СМ.. НО НЕ ЭТО САМОЕ ИНТЕРЕСНОЕ – В МИРЕ
ЕСТЬ КУДА БОЛЕЕ МАСШТАБНЫЕ РЕЛИГИОЗНЫЕ ИЛИ СИМВОЛИЧЕСКИЕ РЕАЛИЗАЦИИ. ВООБЩЕ, В ТРОПИЧЕСКОМ И ОЧЕНЬ ВЛАЖНОМ КЛИМАТЕ ИНДИИ, ПРЕДМЕТЫ ИЗ ЖЕЛЕЗА РЖАВЕЮТ ОЧЕНЬ БЫСТРО, НО КОРРОЗИЯ ДАННУЮ КОЛОННУ

СОВЕРШЕННО НЕ ЗАТРОНУЛА – ОНА СТОИТ УЖЕ БОЛЕЕ 1500 ЛЕТ (ЧТО ПОДТВЕРЖДАЕТСЯ ДОКУМЕНТАЛЬНО) И НЕ ИМЕЕТ НИ МАЛЕЙШИХ СЛЕДОВ РЖАВЧИНЫ. НИКАКИХ! КАК БУДТО НАХОДИТСЯ ОНА НЕ ВО ВЛАЖНОЙ АТМОСФЕРЕ, А ЗАПАЯНА В БЕЗВОЗДУШНОЙ КОЛБЕ. (ЭНЦИКЛОПЕДИЯ).

ПОЧЕМУ РЖАВЕЕТ ЖЕЛЕЗО?

Если оставить какой-то железный предмет в сыром и влажном месте на несколько дней, он
покроется ржавчиной, как если бы его покрасили красноватой краской.
Что такое ржавчина? Почему она образуется на железных и стальных предметах? Ржавчина — это
окись железа. Она образуется в результате «сгорания» железа при соединении с кислородом,
растворенным в воде.
Это значит, что при отсутствии в воздухе влаги и воды вообще отсутствует растворенный в воде
кислород и ржавчина не образуется.
Если капля дождя попадает на блестящую железную поверхность, она остается прозрачной в
течение короткого периода времени. Железо и кислород, находящийся в воде, начинают
взаимодействовать и образуют окись, то есть ржавчину, внутри капли. Вода становится
красноватой, и ржавчина плавает в воде в виде мелких частиц. Когда капля испарится, остается
ржавчина, образуя красноватый слой на поверхности железа.
Если уж ржавчина появилась, она будет расти и в сухом воздухе. Это происходит потому, что
пористое пятно ржавчины поглощает влагу, содержащуюся в воздухе, — она притягивает и
удерживает ее. Вот почему легче предупредить ржавчину, чем остановить ее, когда она появилась.
Проблема предупреждения ржавчины очень важна, так как изделия из железа и стали должны долго храниться. Иногда их покрывают слоем краски или пластмассы. А что бы ты сделал, чтобы
предохранить от ржавчины боевые корабли, когда они не используются? Эта проблема решена с
помощью поглотителей влажности. Такие механизмы заменяют влажный воздух в отсеках на сухой.
Ржавчина в таких условиях появиться не может! (Энциклопедия).

Известно, что каждое явление природы, в том числе – ржавеет и не ржавеет, как следствие, основаны на причине.

— Первопричина колебаний и явлений природы, как единая точка зрения на Вселенную, была обнаружена (в том числе) и на таком опыте: падающий на твёрдые кристаллы свет отражается с рассеиванием. При понижении

3)
температуры кристаллов рассеивание уменьшается до некоторого предела и, вопреки классическим представлениям, сохраняется при дальнейшем охлаждении. В связи с этим учёные пришли к выводу, что в природе
существуют ничем не уничтожимые колебания частиц (первичное движение) с некоторой «нулевой» амплитудой А и энергией равной постоянной Планка: h=6,626•10-34, Дж/Т,
(см. Нулевые колебания, квантовая механика из Википедии–свободной энциклопедии).
Действия ничем неуничтожимых “нулевых” притягивающих и отталкивающих векторов объёмно колеблющихся тел в едином времени,
представляют природную первопричину (диффузия, броуновское движение). А следствием, вторичным, являются результаты их всех
взаимодействий, обладающие (Дао-божественно-генетически-термодинамическим) само организующим строительно-разрушительным ходом: (растянутым во времени) — от рождения „чего-либо“, взросления, старения и распада во всех вселенских масштабах.

Период полураспада квантово-механической системы (частицы, ядра, атома…) – время Т, в течение которого система распадается с вероятностью ;. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода полураспада Т количество выживших частиц уменьшится в среднем в 2 раза. Например, период полураспада:

калия – 39,1 (19) составляет Т=1,28•106 лет;
урана – 238 (92) Т=4,5•109 лет;
тория – 232 (90) Т=1,41•1010 лет. (Энциклопедия).

Планета Земля предположительно образовалась из астероидного пояса. Астероиды, состоящие из элементов таблицы Менделеева и их сочетаний, в виде платформ, щитов различных наименований и размеров, некогда составлявшие вращающийся между Венерой и Марсом пояс, (при сохранении количества движения), сложились, подобно вееру, в дубль планеты – Землю и Луну. Аналогично из своих астероидных поясов образовались все планеты Солнечной системы. Астероидный пояс между Марсом и Юпитером – это не распавшаяся планета Фаэтон, а будущая. При переходе астероидного пояса в гео – селеновые объекты, – его различных наименований платформы, плиты, щиты и т. д., собираясь в кучу, разбивались и дробились, но между ними оставались пустоты. Действие гравитации и времени вытесняло пустоты. А когда наступил период распада, то температура Земли начала повышаться. Ледяные астероиды (а они могли быть, в том числе, и в центре) – превращались в воду. Гравитация, как основа тектоники, вынуждала более плотным телам опускаться к центру Земли, вытесняя менее плотные объекты и воду, изменяя рельеф местности, создавая перепады по высоте. Несолёная вода (источники) в виде атмосферных

4)
осадков, рек, морей и океанов размывали выступающие на поверхность астероиды (в том числе соли), из которых образовались осадочные месторождения полезных ископаемых, например: железа, марганца, угля…и
солёность воды в океанах. Тогда как не размытые астероиды стали представлять коренные месторождения полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. (См. www.oskar-laar.at.ua стр. 22-23).
А теперь остаётся сравнить возрасты нержавеющего метеоритного железа Кутубской колонны с железом земного происхождения.

Пусть (условно) единицей измерения времени каждого периода Тт (рождения-Тт, взросления-Тт, старения-Тт, распада-Тт), будет период полураспада

тория – 232 (90) Тт = 1,41•1010 лет.

Тогда земное железо будет иметь возраст четыре единицы 4Тт=Тт+Тт+Тт+Тт, а Кутубское железо – всего одну единичку Тт. Ответ лежит на поверхности:

Кутубское метеоритное железо молодое, обладает иммунитетом, поэтому не ржавеет.

А земное железо – старое (распадающееся, изменившее свойства), уже утратило иммунитет, поэтому ржавеет.

Как и полагается первопричина – одна – возраст, а следствия – разные.
В том-же ключе: усталость металла, аппарат не выдержал нагрузки, появилась трещина и так далее.

Возможно учёные-дегустаторы будут учитывать „стаж наработки” и возрастные нагрузки для железа.

MafiaDon › Блог › Коррозия металла: почему ржавеет кузов и как с этим бороться

Думаете, что ржавчина — это проблема владельцев 15-летних «Жигулей»? Увы, рыжими пятнами покрываются и гарантийные авто, даже если кузов оцинкован. Разбираемся, как правильно ухаживать за металлом и можно ли защитить его от коррозии раз и навсегда.

Что такое кузов? Конструкция из тонкого листового металла, причем разных сплавов и со множеством сварных соединений. И еще не нужно забывать о том, что кузов используется как «минус» для бортовой сети, то есть постоянно проводит ток. Да он просто обязан ржаветь! Попробуем разобраться, что же происходит с кузовом машины и как с этим бороться.

Что такое ржавчина?
Коррозия железа или стали — процесс окисления металла кислородом в присутствии воды. На выходе получается гидратированный оксид железа — рыхлый порошок, который мы все называем ржавчиной.

Разрушения автомобильного кузова относят к классическим примерам электрохимической коррозии. Но вода и воздух — это лишь часть проблемы. Помимо обычных химических процессов важную роль в нем играют гальванические пары, возникающие между электрохимически неоднородными парами поверхностей.

Уже вижу, как на лицах читателей-гуманитариев возникает скучающее выражение. Не пугайтесь термина «гальваническая пара» — мы не на лекции по химии и сложных формул приводить не будем. Эта самая пара в частном случае — всего лишь соединение двух металлов.

Металлы, они почти как люди. Не любят, когда к ним прижимается кто-то чужой. Представьте себя в автобусе. К вам прижался помятый мужчина, вчера отмечавший с друзьями какой-нибудь День монтажника-высотника. Вот это в химии называется недопустимой гальванической парой. Алюминий и медь, никель и серебро, магний и сталь… Это «заклятые враги», которые в тесном электрическом соединении очень быстро «сожрут» друг друга.

В автомобиле очень много мест, где образуются гальванические пары. Не недопустимые, а «обычные». Точки сварки, кузовные панели из разного металла, различные крепежные элементы и агрегаты, даже разные точки одной пластины с разной механической обработкой поверхности. Между ними всеми постоянно есть разность потенциалов, а значит, в присутствии электролита будет и коррозия.

Стоп, а что такое электролит? Пытливый автомобилист вспомнит, что это некая едкая жидкость, которую заливают в аккумуляторы. И будет прав лишь отчасти. Электролит — это вообще любая субстанция, проводящая ток. В аккумулятор заливают слабый раствор кислоты, но не обязательно поливать машину кислотой, чтобы ускорить коррозию. С функциями электролита прекрасно справляется обычная вода. В чистом (дистиллированном) виде она электролитом не является, но в природе чистой воды не встречается…

Таким образом, в каждой образовавшейся гальванической паре под воздействием воды начинается разрушение металла на стороне анода — положительно заряженной стороны. Как победить этот процесс? Запретить металлам корродировать друг от друга мы не можем, но зато можем исключить из этой системы электролит. Без него «допустимые» гальванические пары могут существовать долго. Дольше, чем служит автомобиль.

Но не воспринимайте слова буквально. Пленка — это необязательно полиэтилен. Самый распространенный вид защитной пленки — краска и грунт. Также ее можно создать из фосфатов металла, обработав поверхность фосфатирующим раствором. Входящие в его состав фосфоросодержащие кислоты окислят верхний слой металла, создав очень прочную и тонкую пленку.

Прикрыв фосфатную пленку слоями грунта и краски можно защитить кузов машины на долгие годы, именно по такому «рецепту» готовили кузова на протяжении десятков лет, и, как видите, довольно успешно — многие машины производства пятидесятых-шестидесятых годов смогли сохраниться до наших времен.

Но далеко не все, ведь со временем краска склонна к растрескиванию. Сначала не выдерживают внешние слои, потом трещины добираются до металла и фосфатной пленки. А при авариях и последующем ремонте покрытия часто наносят, не соблюдая абсолютной чистоты поверхности, оставляя на ней маленькие точки коррозии, которые всегда содержат в себе немного влаги. И под пленкой краски начинает появляться новый очаг разрушения.

Олово для покрытия кузовов машин уже давно не применяют, хотя байки про луженые кузова ходят. Это отголосок технологии выправления брака при штамповке горячими припоями, когда часть поверхности вручную покрывали толстым слоем олова, и иногда самые сложные и важные части кузова машины и правда оказывались неплохо защищены.

Современные покрытия для предотвращения коррозии наносятся в заводских условиях до штамповки кузовных панелей, и в качестве «спасателей» используется цинк или алюминий. Оба этих металла, помимо наличия прочной оксидной пленки, обладают еще одним ценным качеством — меньшей электроотрицательностью. В уже упомянутой гальванической паре, которая образуется после разрушения внешней пленки краски, они, а не сталь будут играть роль анода, и, пока на панели остается немного алюминия или цинка, разрушаться будут именно они. Этим их свойством можно воспользоваться иначе, просто добавив немного порошка таких металлов в грунт, которым покрывают металл, что даст кузовной панели дополнительный шанс на долгую жизнь.

Многослойный бутерброд, состоящий из слоя фосфатов на поверхности стали или цинка, слоя цинка или алюминия, антикоррозийного грунта с цинком и нескольких слоев краски и лака, даже в очень агрессивной внешней среде вроде обычного городского воздуха с влагой, грязью и солью позволяет сохранить кузовные панели на десяток-другой лет.

В местах, где слой краски легко повреждается (например на днище) используют толстые слои герметиков и мастики, которые дополнительно защищают поверхность краски. Мы привыкли называть это «антикором». Дополнительно во внутренние полости закачивают составы на основе парафина и масел, их задача вытеснять влагу с поверхностей, тем самым еще улучшая защиту.

Ни один из способов по одиночке не дает стопроцентной защиты, но все вместе они позволяют производителям давать восьми-десятилетнюю гарантию на отсутствие сквозной коррозии кузова. Однако нужно помнить, что коррозия подобна смерти. Ее приход можно замедлить или отложить, но нельзя исключить совсем. В общем, что мы говорим ржавчине? Правильно: «Не сегодня». Или, перефразируя современного классика, «не в этом году».

Гарантия на отсутствие сквозной коррозии действует только при правильном восстановительном ремонте у дилера, не забывайте об этом. На ТО необходимо восстанавливать лакокрасочное покрытие (ЛКП) по правильной технологии.
Не пренебрегайте дополнительной антикоррозийной защитой — масляные и парафиновые пленки высыхают и испаряются, их нужно обновлять.
Держите кузов машины чистым. Грязь вбирает влагу, которая таким образом сохраняется на поверхности и долго выполняет свою разрушительную функцию, потихоньку проникая через микротрещины к железу.
Своевременно восстанавливайте повреждения ЛКП, даже если кузов оцинкованный. Ведь то, что «голый» металл не ржавеет, является следствием постоянного «расхода» металлов-защитников, а их на поверхности отнюдь не килограммы.
Пользуйтесь услугами квалифицированных кузовных сервисов, ведь правильное восстановление поверхности требует очень аккуратной и чистой работы, с полным пониманием происходящих процессов. А предложения просто закрасить всё слоем краски потолще обязательно приведут вас в кузовной цех еще раз, причем с куда более серьезными повреждениями металла.

uCrazy.ru

Навигация

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Почему ржавеет железо и другие секреты химии

Химические процессы происходят невидимо для нас и непрерывно во всем мире. Для того, чтобы обнаружить их, не надо ходить в лаборатории. Вокруг нас—в поле, в доме, за обеденным столом вы постоянно сталкиваетесь с химическими явлениями. Мало того, вы сами представляете собой ходячую химическую лабораторию, ибо дыхание, кровообращение, мускульные движения( пищеварение — все эти жизненно необходимые функции нашего тела сопровождаются сложными химическими процессами. На все это у нас закрыты глаза. Мы ходим и не видим, не замечаем интересных и важных процессов, происходящих в окружающей нас обстановке, а если и замечаем, то часто не поникаем их. Берем наудачу несколько фактов, когда химические процессы в окружающей нас обстановке становятся для нас заметными, и попытаемся объяснить их.

Отчего ржавеет железо? Известно, что железо горит в чистом кислороде» а в мелко раздробленном виде даже на воздухе. Это оно сгорает, когда сыплются искры из-под молота кузнеца, когда лошадь иыбивает искры ударом подковы о камень мостовой, когда курильщик крутит свою зажигалку. Горение, это —бурное соединение с кислородом, окисление, сопровождаемое нагреванием до степени свечения. Но тела окисляются и более медленно» давая в результате тот же продукт, как при сгорании. Вот и слышишь нередко в бъяснении, что железо ржавеет Потому, что окисляется на воздухе. Нет! Дело сложнее! Железо в сухом воздухе не окисляется, не ржавеет и ржавчина имеет более сложный состав, чем окись железа — окалина. Железо ржавеет только во влажном воздухе, содержащем угольный ангидрид (углекислый газ). В перегнанной воде оно тоже может храниться не ржавея. Так как в воздухе есть влага, а в воде растворенный кислород, то в обоих случаях налицо углекислый газ. Железо требует особых мер предохранения от ржавления. Оттого напр. кровли, мосты и т. д. окрашивают масляной краской. Ежегодное уничтожение железа ржавчиной в мировом масштабе колоссально. По счастью такому уничтожению слепыми силами природы железа, с таким трудом добываемого и обрабатываемого людьми, скоро будет положен конец.

Как ни странно на первый взгляд, бетон, то есть смесь цемента с камнями не крупных размеров, прочнее гранита. Гранит с годами выветривается, разрушается, бетон год от года становится крепче. Не говоря уж о том, что легче отлить из полужидкого бетона массив любых размеров и формы, чем вы тесать его из твердого гранита. Вода, на которой замешан бетон, входит с его цементом в особое химическое соединение. При этом бетон «схватывается»—обращается в сплошной твердый монолит и с годами все более затвердевает. При разрушении старинных римских стен они ломаются по камню, но не по цементному шву. Пока не сделали химического анализа древнеримского цемента, думали, что он имел какой-то особый, нам неизвестный состав. Причиной же его особой прочности оказалось только время. Таким образом цемент и бетон представляют редкое исключение из всех строительных материалов, не разрушаясь, а становясь прочнее с годами.

Чтобы лучше горел, храните в воде

Каменный уголь, особенно не свободный от содержания серы, медленно окисляется в воздухе и постепенно теряет часть своей теплотворной способности. Если к сложенному в большом количестве углю свободно притекает влажный воздух, процесс окислению может пойти с таким повышением температуры, что уголь загорится. Под водой или без доступа воздуха уголь можно хранить годами.

Смертельный газ в комнате

Что такое угар? А это смотря по тому, кого спросите. Текстильщик ответит, что это—уменьшение веса материала при выработке пряжи и тканей. Металлист назовет угаром убыль веса металла при обработке. Обыватель скажет—запах непрогоревших угольев в самоваре, и он будете прав: угар, или точнее угарный газ (окись углерода), запаха не имеет. Но правда то, что в продуктах неполного сгорания угля содержатся газы, имеющие замах, и по их-то присутствию определяют опасность угара — отравления окисью углерода. К сожалению, последняя нередко выделяется и без сопровождения пахнущих газов. Окись углерода — поистине страшный газ. Для смертельного отравления достаточно присутствия одной десятой процента ее в воз духе и даже половина этого количества вызывает тяжелое заболевание. Но самое опасное в угарном газе—то, что неизмеримо ничтожные доли его, вдыхаемые продолжительное время, ведут к хроническому угоранию, которого даже нс замечают до тех пор, пока оно не вызовет развития неизлечимого малокровия.

Угар имеется всюду, где только есть металлические печи, кухонные плиты, жаровни, самовары, утюги и. курильщики. Курящий отравляет окисью углерода не только себя, но и воздух помещения, в котором курит. Окись углерода, как вода через сито, проходит через раскаленный чугун и железо, вот почему и опасны печи. Кроме того она поглощается раскаленным металлом и выделяется при охлаждении. Отсюда утюг, как источник угара, отсюда и хронические головные боли гладильщиц. Самым же опасным источником этого страшного яда служат жаровни. Оттого-то и вредны профессии, как паяльщик, столяр, переплетчик, заклепщик и пр.

Как мы страдаем от ржавчины

Мы — продавцы металлопроката — как никто сталкивается с этим наваждением — ржавиной. И мы точно знаем вред от коррозии. В этой статье мы скажем несколько слов об этой проблеме, ее проявлениях, ее масштабах.

Ущерб, ущерб.

Все видели эти оранжево-бурые или желтоватые пятна ржавчины на металлических деталях. Экономический ущерб от коррозии металлов огромен. В США и Германии подсчитанный ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют примерно 3 % ВВП. При этом потери металла, в том числе из-за выхода из строя конструкций, изделий, оборудования, составляют до 20 % от общего объема производства стали в год. По России точные данные о потерях от коррозии не подсчитаны.

Доподлинно известно, что именно проржавевшие металлоконструкции стали причиной обрушения нескольких мостов в Соединенных Штатах, в том числе с многочисленными человеческими жертвами. Крайне неприятен и экологический вред: утечка газа, нефти при разрушении трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды.

Виды коррозии и ее причины

Перед тем как говорить о ржавчине на железе, кратко рассмотрим другие ее типы.

Коррозии подвержены не только металлы, но и неметаллические изделия. В этом случае коррозию еще называют «старением». Старению подвержены пластмассы, резины и другие вещества. Для бетона и железобетона существует термин «усталость». Происходит их разрушение или ухудшение эксплуатационных характеристик из-за химического и физического воздействия окружающей среды. Корродируют и металлические сплавы — медь, алюминий, цинк: в процессе их коррозии на поверхности изделий образуется оксидная пленка, плотно прилегающая к поверхности, что значительно замедляет дальнейшее разрушение металла (а патина на меди еще и придает ей особый шарм). Драгоценные металлы являются таковыми не только из-за своей красоты, ценимой ювелирами, но и за счет стойкости к коррозии. Золото и серебро до сих пор используется для покрытия особо чувствительных электронных контактов а платина применяется в космической отрасли.

Корродировать металл может в некоторых участках поверхности (местная коррозия), охватить всю поверхность (равномерная коррозия), или же разрушать металл по границам зерен (межкристаллитная коррозия). Коррозия заметно ускоряется с повышением температуры.

Типы ржавчины

В большей степени коррозии подвержено железо. С точки зрения химии ржавчина — это окислительный процесс (как и горение). Элементы возникающие при окислении в кислородной среде называются Оксиды. Можно выделить 4 основных типа.

1. Желтая ржавчина — химическая формула FeO(OH)H2O (оксид железа двухвалетный). Возникает во влажной, недонасыщенной кислородом среде. Часто встречается под водой. В природе существует в виде минерала вюстита, при этом являясь монооксидом (те содержит 1 атом кислорода).

2. Коричневая ржавчина — Fe2O3 (двойной оксид железа): растет без воды и встречается редко.

3. Черная ржавчина — Fe3O4 (оксид железа четырех валентый). Образуется при малом содержании кислорода и без воды поэтому стабильна и распространяется очень медленно. Этот оксид является ферромагнетиком (при определенных условиях обладает намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля), поэтому потенциально применим для создания сверх-проводников.

4. Красная ржавчина — химическая формула Fe2O3•H2O (оксид железа трехвалентный). Возникает под воздействием кислорода и воды, самый частый тип, процесс протекает равномерно и затрагивает всю поверхность. В отличии от всех вышеперечисленных не столь опасных для железа видов окисления этот в своей толще образует гидроксид железа, который, начиная отслаиваться, открывает для разрушения все новые слои металла. Реакция может продолжатся до полного разрушения конструкции. Применяется при выплавке чугуна и как краситель в пищевой промышленности. Встречается в природе в естественном виде под названием гематид.

Несколько видов ржавления могут протекать одновременно, не особо мешая друг другу.

Химическая и электрохимическая коррозия

Железо ржавеет, если в нем есть добавки и примеси (например, углерод) и при этом контактирует с водой и кислородом. Если же в воде растворена соль (хлорида натрия и калия), реакция становится электрохимической и процесс ржавления ускоряется. Массовое применение этих солей как в бытовой химии так и для борьбы с льдом и снегом делают электрохимическую коррозию очень распространенным и опасным явлением: потери в США от использования солей в зимний период составляют 2,5 млрд. долларов. При одновременном воздействии воды и кислорода образуется гидроксид железа, который, в отличие от оксида, отслаивается от металла и никак его не защищает. Реакция продолжается либо до полного разрушения железа, либо пока в системе не закончится вода или кислород.

Электрохимическую коррозию могут вызывать блуждающие токи, возникающие при утечке из электрической цепи части тока в водные растворы или в почву и оттуда — в конструкции из металла. В тех местах, где блуждающие токи выходят из металлоконструкций обратно в воду или в почву, происходит разрушение металлов. Особенно часто блуждающие токи возникают в местах движения наземного электротранспорта (например, трамваев и ж/д локомотивов на электрической тяге). Всего за год блуждающие токи силой в 1А способны растворить железа — 9,1 кг, цинка — 10,7 кг, свинца — 33,4 кг.

Во второй части статьи мы расскажем, как вы можете защитить свои металлоконструкции от этой напасти или победить ее, если она уже атакует.

Ржавчина

Ржавчина — является общим термином для определения оксидов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным оксидам, образующимся в ходе реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в ходе реакции железа с хлором при отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, в арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называют его зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы зрительно или с помощью спектроскопии, они образуются при разных внешних условиях. Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа (III) Fe₂O₃·nH₂O и метагидроксида железа (FeO(OH), Fe(OH)₃). При наличии кислорода, воды и достаточного времени любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. Поверхность ржавчины не создаёт защиту для нижележащего железа, в отличие от образования патины на медной поверхности.

Ржавчиной, как правило, называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются коррозии, но именно оксиды железа обычно называют ржавчиной.

Содержание

• 1 Химические реакции
  • 1.1 Причины ржавления
  • 1.2 Происходящие реакции
• 2 Предотвращение ржавления
  • 2.1 Гальванизация
  • 2.2 Катодная защита
  • 2.3 Лакокрасочные и другие защитные покрытия
  • 2.4 Покрытие слоем металла
  • 2.5 Воронение
  • 2.6 Снижение влажности
  • 2.7 Ингибиторы
• 3 Экономический эффект

Химические реакции

Причины ржавления

Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, углерод), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух реагентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.

Происходящие реакции

Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду. Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода:

Поскольку при этом образуются гидроксид-анионы, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:

Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:

4 Fe 2+ + O₂ → 4 Fe 3+ + 2 O 2−

Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:

Fe 2+ + 2 H₂O ⇌ Fe(OH)₂ + 2 H + Fe 3+ + 3 H₂O ⇌ Fe(OH)₃ + 3 H +

что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:

Из приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо (II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe₃O₄). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)_3-xO_x/2. Характер коррозии меняется со временем, отражая медленные скорости реакций твёрдых тел.

Кроме того, эти сложные процессы зависят от присутствия других ионов, таких как Ca 2+ , которые служат в качестве электролита, и таким образом, ускоряют образование ржавчины, или в сочетании с гидроксидами и оксидами железа образуют различные осадки вида Ca-Fe-O-OH.

Более того, цвет ржавчины можно использовать для проверки наличия ионов Fe2+, которые меняют цвет ржавчины с жёлтого на синий.

Предотвращение ржавления

Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали образуется пассивирующий слой оксида хрома (III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.

Гальванизация

Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.

Катодная защита

Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.

Лакокрасочные и другие защитные покрытия

От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким pH. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё является проблемой.

Покрытие слоем металла

• Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего цинкования или метод цинкового дутья.
• Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова. В настоящее время практически не используется из-за высокой стоимости олова.
• Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий, полированный внешний вид. Часто используется в блестящих компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.

Воронение

Воронение — это способ, который может обеспечить ограниченную устойчивость к коррозии для мелких предметов из стали, таких как огнестрельное оружие и др. Способ состоит в получении на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. Для придания блеска, а также для улучшения защитных свойств окисной плёнки, её пропитывают минеральным или растительным маслом.

Снижение влажности

Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающего железо воздуха. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах. Некоторые ингибиторы коррозии чрезвычайно ядовиты. Одним из лучших ингибиторов выступают соли технециевой кислоты.

Экономический эффект

Ржавчина вызывает деградацию изделий и конструкций, изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстрому разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему участках — явление, называемое поеданием ржавчиной. Это явление стало причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных плит и сдвинул её с опор. Ржавчина была также главной причиной разрушения Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году, когда стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. Погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.