GALVANIK KOROZYON: MEKANIZMALAR, ÖRNEKLER, KORUMA - KIMYA - 2024

Galvanik veya elektrokimyasal aşınma bir metal veya alaşım alçaltır daha katı, geleneksel oksidasyon ile karşılaştırıldığında sağlayan bir işlemdir. Hızlandırılmış bir oksidasyon olduğu ve hatta kasıtlı olarak desteklendiği söylenebilir; hücrelerde veya pillerde olduğu gibi.

Bu, birkaç koşul altında gerçekleşir. İlk önce, anot adı verilen aktif bir metal olmalıdır. Ayrıca ve ikinci olarak, katot adı verilen düşük reaktif bir asil metal olmalıdır. Üçüncü ve dördüncü koşullar, su gibi elektronların yayıldığı bir ortamın ve iyonik türlerin veya elektrolitlerin varlığıdır.

Paslı demir taç. Kaynak: Pixnio.

Galvanik korozyon özellikle deniz ortamlarında veya sahillerin kıyılarında gözlemlenebilir. Hava akımları, karşılığında bazı iyonları taşıyan su buharı kütlelerini yükseltir; ikincisi, metal yüzey üzerinde duran ince bir su tabakasına veya damlalara yapışır.

Bu nem ve tuzluluk koşulları metalin aşınmasına yardımcı olur. Yani yukarıdaki resimdeki gibi demir bir taç, deniz çevresine maruz kaldığında daha çabuk paslanacaktır.

Bir metalin diğerine kıyasla oksitlenmesi gereken kolaylık, indirgeme potansiyelleri aracılığıyla niceliksel olarak ölçülebilir; Bu potansiyellere sahip tablolar kimya kitaplarında bol miktarda bulunur. Ne kadar olumsuz olursanız, paslanma eğiliminiz o kadar artar.

Benzer şekilde, bu metal çok pozitif bir indirgeme potansiyeline sahip bir başka metalin mevcudiyetinde ise, dolayısıyla büyük bir AE'ye sahipse, reaktif metalin oksidasyonu daha agresif olacaktır. PH, iyonik kuvvet, nem, oksijen varlığı ve metalin oksitlenen ve azaltılan alanları arasındaki ilişki gibi diğer faktörler de önemlidir.

mekanizmalar

Kavramlar ve tepkiler

Galvanik korozyonun arkasındaki mekanizmalara değinmeden önce, belirli kavramlar açıklığa kavuşturulmalıdır.

Bir redoks reaksiyonunda, bir tür elektron kaybeder (oksitlenir), diğeri ise onları kazanır (azaltır). Oksidasyonun meydana geldiği elektrot anot olarak adlandırılır; ve üzerinde indirgemenin gerçekleştiği yerde, katot (İngilizce'de anımsatıcı kural redcat genellikle bunu hatırlamak için kullanılır).

Bu nedenle, bir metal M'nin bir elektrotu (bir parça, vida vb.) İçin oksitlenirse, anot olduğu söylenir:

M => M ^{n +} + ne ^-

Açığa çıkan elektronların sayısı, ortaya çıkan M ^{n +} katyonunun pozitif yükünün büyüklüğüne eşit olacaktır .

Sonra başka bir elektrot veya metal R (her iki metal de bir şekilde temas halinde olmalıdır), salınan elektronları alır; ancak bu, elektron kazanırsa kimyasal bir reaksiyona girmez, çünkü elektronları yalnızca iletir (elektrik akımı).

Bu nedenle, çözümde bu elektronları resmen kabul edebilecek başka bir tür olması gerekir; kolayca indirgenen metal iyonları, örneğin:

R ^{n +} + ne ^- => R

Yani, bir metal R tabakası oluşur ve bu nedenle elektrot daha ağır hale gelir; M metali atomlarının çözünmesi nedeniyle kütle kaybedecektir.

Depolarizers

Ya yeterince kolay indirgenebilecek metal katyonlar olmasaydı? Bu durumda, ortamda bulunan diğer türler elektronları alacaktır: depolarizörler. Bunlar pH ile yakından ilişkilidir: O ₂ , H ⁺ , OH ^- ve H ₂ O.

Oksijen ve su, aşağıdaki kimyasal denklemle ifade edilen bir reaksiyonda elektron kazanır:

O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- => 4OH ^-

H ⁺ iyonları H _2'ye dönüşürken :

2H ⁺ + 2e ^- => H ₂

Yani OH türleri ^- ve H ₂ , galvanik veya elektrokimyasal korozyonun yaygın ürünleridir.

R metali herhangi bir reaksiyona katılmasa bile, M'den daha asil olması oksidasyonunu destekler; ve sonuç olarak, daha yüksek bir OH üretimini olacaktır ^- iyonları ya da hidrojen gazı. Çünkü sonuçta bu süreçlerin ana itici güçlerinden biri olan indirgeme potansiyelleri arasındaki fark, ΔE'dir.

Demir korozyonu

Demir için korozyon mekanizması. Kaynak: Wikipedia.

Önceki açıklamalardan sonra, demir korozyonu örneği ele alınabilir (üst resim). Oksijenin çözündüğü ince bir su tabakası olduğunu varsayalım. Diğer metallerin varlığı olmadan, reaksiyonun tonunu belirleyecek olan depolarizörler olacaktır.

Böylece demir, Fe2 ⁺ katyonları olarak suda çözünmesi için yüzeyinden bazı atomları kaybedecektir :

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

İki elektron, demir parçasının içinden geçecektir çünkü o, iyi bir elektrik iletkenidir. Yani oksidasyonun veya anot bölgesinin başladığı yer bilinir; ancak katodik bölgenin redüksiyonunun veya konumunun ilerleyeceği yerde değil. Katot bölgesi herhangi bir yerde olabilir; ve olası alanı ne kadar geniş olursa, metal o kadar kötü korozyona uğrayacaktır.

Elektronların yukarıdaki resimde gösterildiği gibi bir noktaya ulaştığını varsayalım. Oksijen ve su, her iki OH hangi önce tarif reaksiyon vardır maruz ^- salınır . Bu OH ^- anyonları Fe ²⁺ ile reaksiyona girerek Fe (OH) _{2 oluşturur} , bu da çökelir ve sonunda onu pasa dönüştüren müteakip oksidasyonlara maruz kalır.

Bu arada, anot bölgesi giderek daha fazla çatlıyor.

Örnekler

Günlük yaşamda galvanik korozyon örnekleri çoktur. Demir taçtan bahsetmek zorunda değiliz: metallerden yapılmış herhangi bir eser, nemli ve tuzlu ortamların varlığında aynı işlemden geçebilir.

Plaja ek olarak, kış da korozyon için ideal koşullar sağlayabilir; örneğin, arabaların kaymasını önlemek için yolda karda tuzları kürekle atarken.

Fiziksel bir bakış açısına göre, aktif korozyon bölgeleri olan iki metalin kaynaklı birleşim yerlerinde nem tutulabilir. Bunun nedeni, her iki metalin iki elektrot gibi davranması ve daha reaktif olanın elektronlarını kaybetmesidir.

OH üretimi ise ^- iyonları önemli olduğunu, bu arabanın boya veya söz konusu cihazı korozyona bile olabilir.

Anodik endeksler

İndirgeme potansiyeli tablolarından yararlanılarak kendi galvanik korozyon örnekleri oluşturulabilir. Ancak, bu noktayı açıklamak için anodik indeks tablosu (kendi başına basitleştirilmiş) seçilecektir.

Farklı metaller veya alaşımlar için anodik indeksler. Kaynak: Wikipedia.

Örneğin bir elektrokimyasal hücre inşa etmek istediğimizi varsayalım. Anodik indeks tablosunun tepesindeki metaller daha katodiktir; yani, kolayca azaltılırlar ve bu nedenle bunların çözümde bulunması zor olacaktır. Alttaki metaller daha anodik veya reaktif iken daha kolay aşınırlar.

Altın ve berilyumu seçersek, berilyum çok hızlı oksitleneceği için her iki metal de uzun süre birlikte olamaz.

Öte yandan, Ag ⁺ iyonlarından oluşan bir çözeltimiz varsa ve içine bir alüminyum çubuk batırırsak, metalik gümüş parçacıkları çökelirken aynı zamanda çözünecektir. Bu çubuk bir grafit elektrota bağlanmış olsaydı, elektronlar üzerine gümüş bir film olarak elektrokimyasal olarak gümüş biriktirmek için ona giderlerdi.

Ve alüminyum çubuk yerine bakırdan yapılmış olsaydı, çözelti sudaki Cu2 ⁺ iyonlarının varlığından dolayı mavimsi olur .

Elektrokimyasal korozyon koruması

Kurbanlık kaplamalar

Diğer metallerin varlığında bir çinko levhayı korozyondan korumak istediğinizi varsayalım. En basit seçenek, çinkoyu kaplayacak olan magnezyum eklemek olacaktır, böylece oksitlendikten sonra magnezyumdan salınan elektronlar Zn2 ⁺ katyonlarını geri indirecektir .

Bununla birlikte, çinko üzerindeki MgO film, yüksek akım yoğunluklu anot bölgeleri sağlayarak, daha sonra değil, daha çabuk çatlayacaktır; yani çinkonun aşınması tam bu noktalarda keskin bir şekilde hızlanacaktır.

Elektrokimyasal korozyona karşı koruma sağlayan bu teknik, kurban kaplamaların kullanımı olarak bilinir. En iyi bilineni, galvanizleme adı verilen ünlü teknikte kullanılan çinkodur. İçlerinde, metal M, özellikle demir, çinko (Fe / Zn) ile kaplanmıştır.

Yine çinko oksitlenir ve oksidi, demiri örtmeye ve oluşabilecek Fe2 ^{+ 'yi} azaltan elektronları ona iletmeye yarar .

Asil kaplamalar

Aynı çinko tabakasını korumak istediğinizi varsayalım, ancak şimdi magnezyum yerine krom kullanacaksınız. Krom, çinkodan daha asildir (daha katodik, anodik sayılar tablosuna bakın) ve bu nedenle asil bir kaplama olarak çalışır.

Bu tür kaplamayla ilgili sorun, çatladığında, altındaki metalin oksidasyonunu daha da ilerletecek ve hızlandıracak olmasıdır; bu durumda çinko, magnezyumla kaplanmaktan daha fazla paslanır.

Ve son olarak, boyalar, plastikler, antioksidanlar, yağlar, reçineler vb. İçeren başka kaplamalar da var.

Çocuklar için deney

Bakır tuzlarının çözülmesinde demir levha

Aynı anot indeksleri tablosundan basit bir deney yapılabilir. Makul miktarda (10 gramdan az) CuSO ₄ · 5H ₂ O su içinde çözülerek , bir çocuktan cilalı demir bir tabağa daldırması istenir. Bir fotoğraf çekilir ve sürecin birkaç hafta açılmasına izin verilir.

Çözelti başlangıçta mavimsidir, ancak demir plaka bakırımsı bir renge dönerken solmaya başlar. Bunun nedeni, bakırın demirden daha asil olmasıdır ve bu nedenle Cu2 ⁺ katyonları , demirin oksidasyonu ile verilen iyonlardan metalik bakıra indirgenecektir:

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Cu ²⁺ + 2e ^- => Cu

Gümüş oksit temizleme

Gümüş nesneler, özellikle bir kükürt bileşiği kaynağıyla temas halindeyken zamanla kararır. Pası, nesneyi karbonat ve alüminyum folyo ile bir küvete daldırarak çıkarılabilir. Bikarbonat, obje ile alüminyum arasında elektronların taşınmasını kolaylaştıracak elektrolitler sağlar.

Sonuç olarak, çocuk nesnenin siyah noktalarını kaybettiğini ve karakteristik gümüş rengiyle parlayacağını anlayacaktır; alüminyum folyo paslanarak kaybolur.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya. (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
3. Vikipedi. (2019). Galvanik korozyon. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Stephen Lower. (16 Haziran 2019). Elektrokimyasal Korozyon. Kimya LibreTexts. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
5. Açık Üniversite. (2018). 2.4 Korozyon süreçleri: galvanik korozyon. Kurtarıldığı yer: open.edu
6. Müşteri Teknik Servisi Brush Wellman Inc. (sf). Galvanik Korozyon Rehberi. Wellman Tarafından Tasarlanmış Malzemeler Fırça.
7. Giorgio Carboni. (1998). Elektrokimyada deneyler. Kurtarıldı: funsci.com