كيف يتكون الصدأ والتآكل؟

الشكل المألوف أكثر للصدأ هو الغطاء الذي يأخذ اللون البني المحمر الذي يغطي الحديد والفولاذ, ولكن ممكن للصدأ أن يأخذ ألواناً أخرى

كيف يتكون الصدأ والتآكل ؟
الصدأ هو الاسم الشائع لأكسيد الحديد(Fe2O3) . الشكل المألوف أكثر للصدأ هو الغطاء الذي يأخذ اللون البني المحمر الذي يغطي الحديد والفولاذ , ولكن ممكن للصدأ أن يأخذ الوانا أخرى مثل الأصفر , البني , البرتقالي وحتى الأخضر . اختلاف الألوان يعكس اختلاف التركيب الكيميائي للصدأ.
يرجع الصدأ بشكل خاص الى أكاسيد الحديد أو سبائك الحديد مثل الفولاذ . الأكاسيد التي تحدث على معادن أخرى لها مسميات مختلفة . فعلى سبيل المثال تسمى أكاسيد الفضةtarnish) ) بينما أكاسيد النحاس(verdigris).
التفاعل الكيميائي الذي يشكل الصدأ :
بالرغم من أن الصدأ يعتبر كنتيجة لتفاعل التأكسد , الا أن ليس كل أكاسيد الحديد تعتبر صدأ . يحدث الصدأ عندما يتفاعل الأكسجين مع الحديد , ولكن ببساطة وضع الحديد والأكسجين ليس كافيا .بالرغم من أن الهواء يحتوي على 20% من الأكسجين الا أن الصدأ لا يحدث في الهواء الجاف ,ولكنه يحدث في الهواء الرطب أو في الماء . وبالتالي يجب القول أن الصدأ يحتاج الى 3 مواد كيميائية : الحديد , الأكسجين , الماء .
حديد + ماء + أكسجين ← أكسيد الحديد( III)
هذا مثال على تفاعل كهروكيميائي لظاهرة التآكل . يحدث تفاعلين كهروكيميائيين مختلفين .
• التأكسد الذي يحدث على المصعد للحديد في محلول مائي :
2Fe → 2Fe2+ + - 4e2
• الاختزال الذي يحدث على المهبط للأكسجين المحلول في الماء :
O2 + 2H2O + 4e- → - 4OH
أيون الحديد وأيون الهيدروكسيد يتفاعلان لإنتاج هيدروكسيد الحديد :
Fe2+ + 4OH- → 2Fe(OH)2 2
أكسيد الحديد يتفاعل مع الماء لإنتاج الصدأ الأحمر (Fe2O3.H2O) .
بسبب طبيعة التفاعل الكهروكيميائي فالمحاليل المذوبة في الماء تساعد التفاعل . فعلى سبيل المثال , يحدث الصدأ بشكل أسرع في الماء المالح منه في الماء النقية .تذكر أيضا أن الأكسجين ,O2, ليس مصدره الوحيد الماء أو الهواء .
ثاني أكسيد الكربون , CO2, يحتوي على الأكسجين أيضا . يتفاعل الماء مع ثاني أكسيد الكربون ليكون حمض الكربونيك الضعيف . حمض الكربونيك هو محلول أفضل من الماء النقي . بما أن الحمض يهاجم الحديد فالماء يتحلل الى أكسجين وهيدروجين . الاكسجين الحر والحديد المذوب ( dissolved iron) يتكون أكسيد الحديد , مطلق الكترونات , والتي ممكن أن تتدفق لأجزاء أخرى من المعدن . طالما بدأ الصدأ فانه يستمر يتأكل الى بقية المعدن .

مقاومة الصدأ :
من صفات الصدأ أنه هش , وأيضا تدريجي وبالتالي يضعف الحديد والمعادن . ولحماية الحديد والسبائك من الصدأ يحتاج السطح أن يُفصل عن الماء والهواء . يمكن أن يغطى الحديد بالدهان . الفولاذ المقاوم للصدأ يحتوي على الكروم، الذي يشكل أكسيد، والذي يشبه إلى حد كبير كيف يشكل الحديد الصدأ . الاختلاف هو أن أكسيد الكروم لا يتقشر كالصدأ وبالتالي يشكل طبقة حامية على الفولاذ.

إعداد - Alia Saleh