3.4. Korozija i načini zaštite od korozije

Prepoznaje uvjete iz svakodnevnoga života pri kojima dolazi do korozije.
Predlaže načine zaštite od korozije.
Jednadžbom kemijske reakcije prikazuje promjene i procese pri koroziji željeza.

Uvod

Korozija je štetno i nepoželjno trošenje konstrukcijskog materijala uzrokovano fizičkim, fizičko-kemijskim i kemijskim djelovanjem okoliša. Može biti kemijska i elektrokemijska.

Pokus

Fotografija prikazuje kapanje prozirne tekućine kapaljkom u epruvetu

Korozija željeza

Pročitaj

Korozija može zahvatiti cijelu površinu metala ili samo neke dijelove.

Propadanje spomenika zbog kemijske korozije.

Korozija ili hrđa na obojenom liku od lijevanog željeza.

Fotografija prikazuje koroziju ili hrđu na obojenom liku od lijevanog željeza.

Korozija željeza

Elektrokemijska je korozija uzrokovana nastajanjem galvanskog članka pri dodiru dvaju metala i elektrolita. Najčešći primjer elektrokemijske korozije u svakodnevnom životu je hrđanje željeza.

Hrđanje željeza zbog elektrokemijske korozije

Korozija željeznog lanca

Fotografija prikazuje koroziju željeznog lanca.

Korozija željezne ograde

Fotografija prikazuje koroziju željezne ograde.

Čelični ključ prekriven hrđom. Hrđa je hidratizirani željezni oksid i nastaje kao rezultat reakcije željeza, vode i kisika.

Fotografija prikazuje čelični ključ prekriven hrđom. Hrđa je hidratizirani željezni oksid i nastaje kao rezultat reakcije željeza, vodene pare i kisika.

Signalna lampa sa starog broda

Fotografija prikazuje korodiranu signalnu lampu sa starog broda.

Korodirana kliješta

Proces hrđanja počne tako da željezo mjestimično na površini oksidira i prijeđe u otopinu.

$Fe\left(s\right)\space \longrightarrow Fe^{2+}\left(aq\right)\space +\space 2e^–$

Elektroni oslobođeni oksidacijom na metalnoj površini reduciraju kisik u prisutnosti vode i nastaju hidroksidni ioni.

$\frac{1}{2}O_2\left(g\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space +\space 2e^–\space \longrightarrow 2OH^–\left(aq\right)$

Reakcijom željezovih(II) iona i hidroksidnih iona nastaje željezov(II) hidroksid.

$Fe^{2+}\left(aq\right)\space +\space 2OH^–\left(aq\right)\space \longrightarrow \space Fe\left(OH\right)_2\left(s\right)$

Oksidacijom željezova(II) hidroksida u reakciji s kisikom i vodom nastaje hidratizirani željezov(III) oksid formule Fe $_2$ O $_3$ • xH $_2$ O, koji se naziva hrđa, (x je broj molekula vode koji ovisi o uvjetima u kojima se hrđanje zbiva).

Nastajanje hrđe

Fotografija prikazuje shematski crtež nastajanja hrđe.

Hrđa nastaje kada vlaga i zrak djeluju na nezaštićene metalne površine. Pogledajte kako izgleda hrđa na metalnoj površini snimljena skenirajućim elektronskim mikroskopom (SEM).

SEM mikrografija prikazuje hrđu na metalnom spoju.

0

Odredite je li sljedeća tvrdnja točna.

Korozija je štetno i nepoželjno trošenje konstrukcijskog materijala kada vlaga i zrak djeluju na nezaštićene metalne površine.

Kemijska formula kojom se može prikazati produkt korozije željeza je Fe₂O₃ • XH₂O.

Korozija nije uvijek neželjena pojava. Na metalnim predmetima od primjerice aluminija, bakra i srebra, oksidacijom (korozijom) nastaje zaštitini sloj koji štiti navedene predmete od propadanja.

Korozija nije uvijek neželjena pojava.

Na nekim metalima primjerice aluminija, bakra i srebra,

korozija štiti od daljnjeg propadanja.

Na bakrenim površinama tijekom vremena nastaje

zaštitni površinski sloj plavozelenog bazičnog bakrova(II) karbonata, Cu $_2$ (OH) $_2$ CO $_3$ .

Čisto srebro (w = 99,9 %) slabo oksidira, ali vremenom gubi sjaj i tamni.

Fotografija prikazuje zaštitni površinski sloj plavozelenog bazičnog bakrova(II) karbonata, koji nastaje na bakrenim površinama tijekom vremena.

Na bakrenim površinama tijekom vremena nastaje zaštitni površinski sloj plavozelenog bazičnog bakrova(II) karbonata, Cu $_2$ (OH) $_2$ CO $_3$ .

Fotografija prikazuje skulpturu prekrivenu zelenom patinom.

Na bakrenim površinama tijekom vremena nastaje zaštitni površinski sloj plavozelenog bazičnog bakrova(II) karbonata, Cu $_2$ (OH) $_2$ CO $_3$ .

Fotografija prikazuje jedeći pribor načinjen od srebra.

Čisto srebro (w = 99,9 %) slabo oksidira, ali vremenom gubi sjaj i tamni.

Načini zaštite od korozije

Kako bi se spriječilo propadanje metalnih predmeta, postoje odgovarajuće metode zaštite od korozije.

Katodna zaštita jedan je od načina zaštite metalnih predmeta od korozije kojom se namjerno stvara galvanski članak. Metal, pozitivnijeg redukcijskog potencijala, koji se želi zaštititi je katoda, a anoda je metal elektronegativnijeg potencijala. Pri tome se anoda oksidira i na taj način štiti katodu. Na taj se način zaštićuju čelični cjevovodi pod zemljom i manje pristupačne metalne konstrukcije.

Katodna zaštita

Fotografija prikazuje katodnu zaštitu. Katoda (željezo) zaštićena žrtvovanom anodom kao protektorom.

Osim katodne zaštite postoji i anodna zaštita metala. Metal negativnijeg redukcijskog potencijala, željezo, štiti se metalom elektropozitivnijeg redukcijskog potencijala, primjerice kositrom. Anodna zaštita funkcionira dok se ne ošteti premaz kositra, tada počinje korozija željeza kao što je i prikazano na slici.

Anodna zaštita

Fotografija prikazuje anodnu zaštitu. Anoda (željezo) zaštićena metalom pozitivnijeg elektrodnog potencijala (katoda).

Galvanizacija je elektrolitički postupak nanošenja metalne prevlake na predmet koji se želi zaštititi od korozije. Na ovaj se način najčešće nanosi cink na neki metalni predmet koji se želi zaštititi.

Pocinčana kanta za smeće

Fotografija prikazuje pocinčanu kantu za otpad.

Pocinčani metal, čelik ili željezo ima zaštitni premaz cinka koji se nanosi radi sprječavanja hrđanja.

Čelik je legura željeza i male količine ugljika. Pocinčano željezo i čelik koriste se na mjestima gdje bi izloženost zraku i vodenoj pari uzrokovala koroziju, koja bi na kraju uzrokovala propadanje metalnih predmeta. Cinčana prevlaka tvori nepropusni zaštitni sloj cinkova karbonata koji spriječava koroziju. Oštećenjem premaza stvoreni su uvjeti za korozivnu reakciju.

Metoda zaštite metala mora biti ekonomična, učinkovita i ekološki prihvatljiva, netoksična za ljude i okoliš. Danas su za mnoge postupke zaštite od korozije doneseni zakoni koji zabranjuju uporabu toksičnih tvari i reguliraju emisiju otpadnih tvari iz tih procesa. Primjerice, danas se sve više proizvode boje na bazi vode, a prestaju proizvoditi boje na bazi lakohlapivih otapala.

Istraživanje zaštite metala ima najvažniju zadaću produžiti uporabni vijek metalnog proizvoda, a pritom izbjeći nepovoljan utjecaj na okoliš.

Promislite i odgovorite

Jedan od načina zaštite željeznih, odnosno čeličnih predmeta je pocinčavanje. Pocinčavanje je nanošenje zaštitnog sloja cinka što se može provesti uranjanjem predmeta u rastaljeni cink ili spajanjem predmeta na negativan pol izvora istosmjerne struje, a pritom je predmet uronjen u vodenu otopinu cinkova sulfata.

Izračunajte masu cinka koja će biti izlučena na metalnom predmetu, ako proces pocinčavanja traje 8,00 sati uz struju jakosti 750 mA.
Rješenje: m(Zn) =

g.
.

Odaberite točnu tvrdnju koja se odnosi na katodnu zaštitu metala.

Anoda je metal koji se štiti.

Anoda je metal elektronegativnijeg elektrodnog potencijala.

Anoda se reducira.

Metal koji je štićen ima negativniji elektrodni potencijal od metala koji štiti.

Je li zapis jednadžbe polureakcije na negativnoj elektrodi tijekom galvanizacije predmeta od kroma slojem bakra, točno zapisan.

$Cu^{2+}\left(aq\right)\space +\space 2e^–\space \longrightarrow \space Cu\left(s\right)$

Napišite jednadžbu oksidacije tijekom galvanizacije željezne kante za smeće cinkom.

Rješenje:

Molimo koristite virtualnu tipkovnicu za unos kako bi osigurali ispravnu validaciju objekta.

Odredite je li navedena tvrdnja točna ili netočna.

Galvanizacija je fizikalni postupak nanošenja metalne prevlake na predmet koji se želi zaštititi od korozije.