חלודה היא השם הנפוץ לברזל תחמוצת. צורת החלודה המוכרת ביותר היא הציפוי האדמדם היוצר פתיתים על ברזל ופלדה (Fe2O3), אך חלודה מגיעה גם בצבעים אחרים כולל צהוב, חום, כתום, ואפילו ירוק! הצבעים השונים משקפים קומפוזיציות כימיות שונות של חלודה.
חלודה מתייחסת במיוחד לתחמוצות על ברזל או סגסוגות ברזלכמו פלדה. לחמצון של מתכות אחרות יש שמות אחרים. יש כתמים על כסף וגרדיגריס על נחושת, למשל.
טעימות עיקריות: איך חלודה עובדת
- חלודה הוא שמו הנפוץ של הכימיקל הנקרא תחמוצת ברזל. מבחינה טכנית, זה תחמוצת ברזל, כי תחמוצת ברזל טהורה אינה חלודה.
- חלודה נוצרת כאשר ברזל או סגסוגותיו נחשפים לאוויר לח. החמצן והמים באוויר מגיבים עם המתכת ליצירת תחמוצת הידרציה.
- צורת החלודה האדומה והמוכרת היא (Fe2O3), אך לברזל יש מצבי חמצון אחרים, כך שהוא יכול ליצור צבעים אחרים של חלודה.
התגובה הכימית שיוצרת חלודה
למרות שחלודה נחשבת כתוצאה של תגובת חמצון, ראוי לציין לא כל תחמוצות הברזל חלודה. חלודה נוצרת כאשר חמצן מגיב עם ברזל, אבל פשוט לא לחבר יחד ברזל וחמצן. אם כי כ- 21% אוויר מורכב מחמצן,חלודה לא מתרחשת באוויר יבש. הוא מתרחש באוויר לח ובמים. חלודה דורשת שלושה כימיקלים על מנת ליצור: ברזל, חמצן ומים.
ברזל + מים + חמצן → תחמוצת ברזל (III)
זו דוגמה ל תגובה אלקטרוכימית ו קורוזיה. שתי תגובות אלקטרוכימיות מובחנות מתרחשות:
יש פירוק או חמצון אנודיים של ברזל הנכנס לתמיסה מימית (מים):
2Fe → 2Fe2+ + 4e-
הפחתה קתודית של חמצן המומס למים מתרחשת גם:
O2 + 2 ח2O + 4e- → 4OH-
יון הברזל והיון ההידרוקסיד מגיבים ליצירת הידרוקסיד ברזל:
2Fe2+ + 4OH- → 2Fe (OH)2
תחמוצת הברזל מגיבה עם חמצן ומניעה חלודה אדומה, Fe2O3.ה2O
בגלל האופי האלקטרוכימי של התגובה, אלקטרוליטים מומסים במים מסייעים לתגובה. חלודה מתרחשת במהירות רבה יותר במי מלח מאשר במים טהורים, למשל.
זכור גז חמצן (O2) אינו המקור היחיד לחמצן באוויר או במים. פחמן דו חמצני (CO2) מכיל גם חמצן. פחמן דו חמצני ומים מגיבים ליצירת חומצה פחמית חלשה. חומצה פחמנית היא אלקטרוליט טוב יותר מאשר מים טהורים. כאשר החומצה תוקפת את הברזל, מים פורצים למימן וחמצן. חמצן חופשי וברזל מומס יוצרים תחמוצת ברזל, ומשחררים אלקטרונים, שיכולים לזרום לחלק אחר של המתכת. ברגע שמתחיל החלודה הוא ממשיך לאשש את המתכת.
מניעת חלודה
חלודה שבירה, שברירית, מתקדמת ומחלישה ברזל ופלדה. כדי להגן על ברזל וסגסוגותיו מפני חלודה, יש להפריד את המשטח מהאוויר והמים. ניתן ליישם ציפויים על ברזל. נירוסטה מכילה כרום, היוצר תחמוצת, בדומה לאופן בו ברזל יוצר חלודה. ההבדל הוא שתחמוצת הכרום אינה נופפת, ולכן היא יוצרת שכבת מגן על הפלדה.
הפניות נוספות
- Gräfen, H.; הורן, א. M.; שלקר, ח.; שינדלר, ח. (2000). "קורוזיה." אנציקלופדיה של כימיה תעשייתית של אולמן. Wiley-VCH. doi: 10.1002 / 14356007.b01_08
- הולמן, א. פ.; וויברג, א. (2001). כימיה אורגנית. עיתונות אקדמית. ISBN 0-12-352651-5.
- וולדמן, ג'. (2015). חלודה - המלחמה הארוכה ביותר. סיימון ושוסטר. ניו יורק. ISBN 978-1-4516-9159-7.