اي غاز قد يسبب الصدا على علبه معدنيه، نلاحظ تغير لون العلب إذا استمر معرضة للشمس وقت طويل، وتظهر بلون بني مختلف الدرجات، ما بين فاتح إلى غامق إلى أغمق منه، حسب الفترة التي تم ترك العلبة فيها، وهذا ما يطلق عليه اسم الصدأ، وهناك معادن معرضة لأن تصدأ، وإذا أصيب الملابس يكون من الصعب إزالته، ويحدث الصدأ نتيجة تفاعل غاز معين مع هذا المعدن، وهو غاز الأكسجين المنتشر في الهواء.
قد يتسبب أي غاز في الصدأ على العلبة المعدنية
ينشأ الصدأ في المعادن بسبب حدوث عدد من التفاعلات الكيميائية التي يتم فيها الجمع بين عدد من العناصر التي تسبب تكوينها. عندما يتفاعل غاز الأكسجين مع المعدن بشرح طريقة ما، يبدأ الصدأ في التكون، ويكفي دون وجود أي عوامل أخرى، ولكن هناك عدد من العوامل التي تتسبب في تكوين الصدأ، وعندما يتوفر الصدأ يكون الصدأ. تتشكل مثل الرطوبة والماء.
إذن، الغاز الذي يسبب الصدأ على العلبة المعدنية هو غاز الأكسجين.
ما هو الصدأ
الصدأ طبقة قشرية تتشكل على المعادن ولها لون نحاسي أحمر، وهذه الكلمة العامية تمكن المصطلحات العامية التي يستخدمها كثير من الناس ويمكن التعبير عنها باللغة العربية بمصطلح الأكسدة أو التآكل في المعادن، والصدأ علميًا هو أكسيد الحديد المائي أو أكسيد الحديد. وهذا المنتج هو تفاعل الحديد مع الماء والأكسجين.
يبدأ المعدن في التآكل عندما يترك المعدن لفترة طويلة ويتعرض للرطوبة أو الهواء والماء، وتستغرق هذه العملية من أيام إلى شهور حسب العوامل المحيطة بالمعدن، ولا يعتبر الصدأ نوعًا واحدًا، ولكن هناك أنواع عديدة ومختلفة.
شاهد أيضًا: هل الصدأ تغير كيميائي
ما هي أنواع الصدأ
يوجد عدة أنواع من الصدأ يمكن أن تظهر على النحو التالي
- التجويف أو التآكل التجويف أو التآكل هو نوع من الصدأ ينشأ في المعادن غير المحمية، وقد يحدث هذا بسبب نوع من التآكل في المعادن المستخدمة في البنية التحتية، وفي ذلك الوقت يظهر الصدأ على شكل بني و بقع ضيقة أو بمرور الوقت تظهر على شكل أكبر، وقد تتلف المعدن وتؤثر على قوة وسمك المعدن.
- صدأ التآكل يتشكل هذا النوع من الصدأ في أماكن ضيقة تُترك لفترة طويلة دون اهتمام، مثل الفجوات الموجودة في الصامولة أو الترباس.
- تآكل التلامس ينشأ هذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ المقاوم للصدأ مع أي معدن غير قابل للصدأ، ويحدث ذلك من خلال ترسب أكسيد الحديد في المكان الذي يحدث فيه تلامس مع المعدن، وتكون بداية الصدأ عند نقطة التلامس ثم يتحرك لبقية الأجزاء المعدنية.
شاهد أيضًا: تكوين الصدأ تغير كيميائي
كيف يتكون الصدأ
عملية الصدأ هي إحدى العمليات الكهروكيميائية التي تتشكل عند الأنود، ويعتبر المعدن من المواد التي يسهل فيها فقدان الإلكترونات، والكاثود هو الجزء الذي يمتلك فيه المعدن القدرة على استقبال الإلكترونات بسهولة، وبين الأنود والكاثود توجد مادة إلكتروليتية تتحرك من خلالها الإلكترونات بينهما.
- عندما يتآكل المعدن، يساهم الإلكتروليت في إمداد الأنود بالأكسجين الذي يتفاعل مع المعدن وبالتالي يتشكل فيه الصدأ ويتحلل المعدن ثم يختفي تمامًا ويتحول إلى أيونات معدنية موجبة على شكل صدأ.
- عندما يكون الماء هو العامل المساهم في عملية الصدأ، يمكن اعتباره كهارل قوي، بوجود ثاني أكسيد الكربون في الهواء مكونًا حمض كربونيك ضعيف.
- عندما يتحلل الحديد ويتحلل الماء إلى مكوناته الأساسية، وهي الأكسجين والهيدروجين، يرتبط الأكسجين الحر بالحديد حتى يشكل أكسيد الحديد في عملية تحرير الإلكترونات من الأنود.
- ثم ينتقل إلى القطب السالب إلى معدن آخر أقل في التفاعل الكهربائي أو إلى نقطة أخرى حيث توجد نفس قطعة الحديد.
أهم التفاعلات الكيميائية لصدأ الحديد
عندما يتلامس الحديد مع الماء الذي يحتوي على الأكسجين، تحدث عدة تفاعلات بالترتيب، والتي بدورها تؤدي إلى أكسدة الحديد، والتي يمكن توضيحها في النقاط التالية
- Fe (s) → Fe2 + (aq) + 2e
- تتحرر الإلكترونات من الحديد بمجرد تفاعلها مع الماء أو تعرضها للأكسجين، وهذه المعادلة هي أكسدة الحديد عند التعرض للأكسجين. في الوقت نفسه، تذوب جزيئات الهيدروجين من الأكسجين في الماء، كما هو موضح في المعادلة التالية.
- 4e + 4H + (aq) + O2 (aq) → 2H2O (l)
- تُستخدم الإلكترونات التي تم تحليلها في معادلة أكسدة الحديد لتقليل الأكسجين والهيدروجين لتكوين جزيئات الماء مرة أخرى.
- 2H + (aq) + 2e → H2 (g)
- إذا كان الكربون موجودًا في عملية الأكسدة وزاد تركيزه، تزداد عملية الأكسدة، ولكن في المقابل ينخفض معدل الأس الهيدروجيني ويجعل أيونات الهيدروجين تستهلك المزيد من الإلكترونات لتكوين غاز الهيدروجين بدلاً من استخدامها لتكوين جزيئات الماء مرة أخرى.
- Fe2 + (aq) + 2OH (aq) → Fe (OH) 2 (s)
- ظهرت أيونات الهيدروكسيد في الماء ومع أكسدة الحديد زاد معدل الأس الهيدروجيني، ثم تفاعلت أيونات الهيدروكسيد مع أيون الحديد الثنائي حتى تشكل هيدروكسيد الحديد، أو ما يسمى الصدأ الأخضر.
- 4Fe2 + (aq) + 4H + (aq) + O2 (aq) → 4Fe3 + (aq) + 2H2O (l)
- تتفاعل أيونات الحديد مع الأكسجين وأيونات الهيدروجين لتكوين أيونات حديدية تسمى أيونات الحديديك.
- Fe3 + (aq) + 3OH- (aq) → Fe (OH) 3 (s)
- تتفاعل أيونات حديد الحديديك مع أيونات الهيدروكسيد حتى تشكل هيدروكسيد الحديد، أو ما يعرف باسم هيدروكسيد الحديديك Fe (OH) 3، وهو صدأ يأخذ لون بني محمر وله مسام، لكنه يتحول على الفور إلى أكسيد الحديد Fe2 (O) ) 3 وهو الصدأ الشائع ذو اللون البني المحمر.
طرق حماية الحديد من الصدأ
بعض طرق حماية المعادن من الصدأ هي
- الجلفنة الجلفنة هي عملية يتم من خلالها طلاء الفولاذ بطبقة رقيقة من معدن آخر. يعتبر الزنك من أكثر المعادن انتشارا في الجلفنة، لأنه يلتصق بشدة بالفولاذ، إضافة إلى أنه رخيص ويعمل كسبب لتكوين طبقة تمنع الأكسدة.
- الحماية الكاثودية تعتبر الحماية الكاثودية أو الكاثودية من التقنيات الحديثة المستخدمة لحماية الحديد من الصدأ، حيث يكون الحديد هو الكاثود والمعدن الآخر المستخدم معه هو المصعد، وعادة ما يكون الزنك أو المغنيسيوم هو المادة المستخدمة في المصعد، ويوضع بالقرب من الحديد بحيث يكون ملامسًا له، وفي وجود الماء ينتقل التيار الكهربائي بين القطبين فيؤدي إلى تآكل الزنك أو المغنيسيوم، ويبقى الحديد كما هو.
- الخدش وهي من التقنيات الحديثة التي تستخدم لمقاومة الصدأ من الحديد البسيط مثل الحديد الذي يستخدم في صناعة الأسلحة.
- التخميل هو عملية طلاء الحديد بطبقة غير تفاعلية لمنعه من تآكل الحديد، وتتكون هذه الطبقة من أكاسيد أو نيتريد تحت الظروف العادية عند الأس الهيدروجيني وتركيز الأكسجين.
- الطلاء يستخدم الطلاء لعزل المعادن حتى لا تشوه الظروف البيئية المحيطة.
- الوقاية حماية الحديد من الصدأ أو التفاعل مع الأكسجين أو الماء تكون بالحفاظ على نظافة السيارات وعدم غسلها بالماء وحمايتها من الرطوبة.
- التشحيم تستخدم زيوت التشحيم لتغليف الأجزاء المسببة للتآكل في الأجزاء الكبيرة التي توجد في السفن أو السيارات، والتي تحتوي على العديد من المواد الكيميائية التي تمنع الصدأ وتشكل طبقة واقية للحديد.
وفي الختام تعرفنا على الصدأ، وما هو الغاز الذي يتفاعل مع المعدن حتى يسبب حدوث الصدأ، ومما يتكون هذا الصدأ، وما الأنواع التي تظهر منه، وكيف يمكن حماية الحديد من هذه المشكلة.