Por que os metais enferrujam?

O que é comum entre uma unha enferrujada, uma ponte enferrujada ou uma cerca de ferro com vazamento? Por que estruturas e produtos de ferro enferrujam em geral? O que é ferrugem per se? Tentaremos dar respostas a essas perguntas em nosso artigo. Vamos considerar as causas da ferrugem do metal e os métodos de proteção contra esse fenômeno natural que é prejudicial para nós.

Causas de ferrugem

Tudo começa com a mineração de metais. Não apenas ferro, mas, por exemplo, alumínio, e magnésio são extraídos inicialmente na forma de minério. Minérios de alumínio, manganês, ferro e magnésio não contêm metais puros, mas seus compostos químicos: carbonatos, óxidos, sulfetos, hidróxidos.

Estes são compostos químicos de metais com carbono, oxigênio, enxofre, água, etc. Há um, dois e metais puros na natureza - platina, ouro, prata - metais preciosos - eles ocorrem na forma de metais em estado livre e não tendem a a formação de compostos químicos.

No entanto, a maioria dos metais não é livre em condições naturais e, para libertá-los dos compostos de partida, é necessário derreter os minérios, reduzindo assim os metais puros.

Mas a fundição de minério contendo metal, embora tenhamos o metal em sua forma pura, ainda é um estado instável, longe de ser natural. Por esse motivo, um metal puro sob condições ambientais normais tende a retornar ao seu estado original, isto é, a oxidar, e isso é a corrosão do metal.

Assim, a corrosão é um processo natural de destruição de metais que ocorre sob condições de interação com o meio ambiente. Em particular, a ferrugem é o processo de formação do hidróxido de ferro Fe (OH) 3, que ocorre na presença de água.

Mas o fato natural joga nas mãos das pessoas que a reação de oxidação na atmosfera a que estamos acostumados não é muito rápida, ocorre em uma velocidade muito baixa, para que pontes e aviões não colapsem instantaneamente e os potes não se desintegram diante de nossos olhos em pó de gengibre. Além disso, a corrosão pode, em princípio, ser desacelerada recorrendo a alguns truques tradicionais.

Por exemplo, o aço inoxidável não enferruja, embora seja constituído por ferro, que é propenso a oxidação, mas não é coberto por hidróxido vermelho. E o importante aqui é que o aço inoxidável não é ferro puro, o aço inoxidável é uma liga de ferro e outro metal, principalmente o cromo.

Além do cromo, níquel, molibdênio, titânio, nióbio, enxofre, fósforo, etc., podem ser incluídos na composição do aço.A adição de elementos adicionais às ligas responsáveis ​​por determinadas propriedades das ligas resultantes é denominada liga.

Maneiras de proteger contra a corrosão

Como observamos acima, o principal elemento de liga adicionado ao aço comum para fornecer propriedades anticorrosivas é o cromo. O cromo oxida mais rápido que o ferro, ou seja, é atingido por si próprio. Assim, na superfície do aço inoxidável, aparece pela primeira vez uma película protetora de óxido de cromo, de cor escura e não tão frouxa quanto a ferrugem comum do ferro.

O óxido de cromo não passa íons agressivos do ambiente que são prejudiciais ao ferro, e o metal é protegido contra corrosão, como um traje de proteção hermético durável. Ou seja, o filme de óxido, neste caso, tem uma função protetora.

A quantidade de cromo no aço inoxidável geralmente não é inferior a 13%, o níquel é um pouco menor no aço inoxidável e outros aditivos de liga são encontrados em quantidades muito menores.

É graças às películas protetoras que causam primeiro o impacto ambiental, que muitos metais são resistentes à corrosão em vários ambientes.Por exemplo, uma colher, prato ou panela, de alumínio, nunca brilha de verdade; eles, se você olhar de perto, têm um tom esbranquiçado. Este é apenas o óxido de alumínio, formado pelo contato do alumínio puro com o ar e, em seguida, protege o metal da corrosão.

O filme de óxido aparece por si só e, se você limpar a panela de alumínio com lixa, após alguns segundos de brilho, a superfície ficará esbranquiçada novamente - o alumínio na superfície limpa oxidará novamente sob a influência do oxigênio atmosférico.

Como um filme de alumina é formado nele mesmo, sem truques tecnológicos especiais, é chamado de filme passivo. Tais metais, nos quais um filme de óxido se forma naturalmente, são chamados passivantes. Em particular, o alumínio é um metal passivado.

Alguns metais são forçados a entrar em um estado passivo, por exemplo, óxido de ferro mais alto - o Fe2O3 é capaz de proteger o ferro e suas ligas no ar a altas temperaturas e até na água, da qual não se vangloria nem o hidróxido vermelho nem os óxidos mais baixos do mesmo ferro.

Há passivação e nuances no fenômeno. Por exemplo, no ácido sulfúrico forte, o aço passivado instantaneamente é resistente à corrosão e, em uma solução fraca de ácido sulfúrico, a corrosão começa imediatamente.

Por que isso está acontecendo? A resposta para o aparente paradoxo é que, em ácido forte, um filme passivador se forma instantaneamente na superfície do aço inoxidável, uma vez que um ácido com maior concentração tem pronunciadas propriedades oxidantes.

Ao mesmo tempo, um ácido fraco não oxida o aço com rapidez suficiente e o filme protetor não se forma, apenas inicia a corrosão. Nesses casos, quando o meio oxidante não é agressivo o suficiente, para obter o efeito da passivação, recorrem a aditivos químicos especiais (inibidores, inibidores de corrosão) que ajudam na formação de um filme passivo na superfície do metal.

Como nem todos os metais são propensos à formação de filmes passivos em sua superfície, mesmo à força, a adição de moderadores ao meio oxidante simplesmente leva à retenção preventiva do metal em condições de redução, quando a oxidação é suprimida energicamente, ou seja, quando o aditivo está presente em um ambiente agressivo, é energeticamente desvantajoso. .

Existe outra maneira de manter o metal no ambiente de recuperação, se não for possível usar um inibidor, use um revestimento mais ativo: a caçamba galvanizada não enferruja, pois o zinco do revestimento corroça o ferro em contato com o ambiente, ou seja, é atingido por si mesmo, sendo um metal mais ativo , é mais provável que o zinco entre em uma reação química.

O fundo do navio é frequentemente protegido da mesma maneira: um pedaço de piso é anexado a ele, depois o piso é destruído e o fundo permanece ileso.

A proteção eletroquímica contra a corrosão das concessionárias subterrâneas também é uma maneira muito comum de combater a formação de ferrugem nelas. As condições de redução são criadas pela aplicação de um potencial de cátodo negativo ao metal e, nesse modo, o processo de oxidação do metal não será mais capaz de prosseguir com energia simples.

Alguém pode perguntar por que superfícies em risco de corrosão simplesmente não pintam, por que não revestir uma parte que é vulnerável à corrosão cada vez com esmalte? Quais são as diferentes maneiras?

A resposta é simples. O esmalte pode ser danificado, por exemplo, a pintura do carro pode quebrar em um local discreto e o corpo começará a oxidar gradualmente, mas continuamente, pois compostos de enxofre, sais, água, oxigênio chegarão a esse local e, como resultado, o corpo entrará em colapso.

Para impedir esse desenvolvimento de eventos, recorra a um tratamento anticorrosivo adicional do corpo. Um carro não é uma placa esmaltada que pode ser jogada fora se um esmalte for danificado e comprado um novo.

Situação atual

Apesar do aparente conhecimento e elaboração do fenômeno da corrosão, apesar dos métodos versáteis de proteção utilizados, a corrosão ainda apresenta um certo perigo. Os oleodutos são destruídos e isso leva a emissões de petróleo e gás, aviões caem e o trem cai. A natureza é mais complexa do que parece à primeira vista, e a humanidade ainda precisa explorar muitos outros aspectos da corrosão.

Assim, mesmo as ligas resistentes à corrosão provam ser estáveis ​​apenas em certas condições previsíveis, para a operação em que foram originalmente projetadas. Por exemplo, os aços inoxidáveis ​​não toleram cloretos e são afetados por eles - ocorrem corrosão péptica, corrosão e intercristais.

Externamente, sem uma pitada de ferrugem, a estrutura pode entrar em colapso repentinamente se pequenas, mas lesões muito profundas se formarem no interior. As microfissuras que penetram na espessura do metal são invisíveis do lado de fora.

Mesmo uma liga não suscetível à corrosão pode rachar repentinamente, sob estresse mecânico prolongado - apenas uma enorme fissura destruirá repentinamente a estrutura. Isso já aconteceu em todo o mundo com estruturas metálicas, mecanismos e até aviões e helicópteros.