جستجو:

زنگ آهن نامی متداول برای ترکیب اکسید آهن است. این ماده با فرمول شیمیایی Fe2O3 رایج است.آهن بسیار راحت با اکسیژن ترکیب می شود. در واقع، آهن خالص تنها به ندرت در طبیعت یافت می شود.با استفاده از حلال زنگ آهن و یا پاک کردن زنگ آهن در مراحل اولیه می توان از تخریب فلزات جلوگیری کرد.راه دیگر استفاده از آهن زنگ نزن است.

زنگ آهن (یا فولاد) یک نمونه از خوردگی فلزات است که یک فرآیند الکتروشیمیایی با یک آند (قطعه ای از فلز که به راحتی الکترون ها را از دست می دهد)، یک الکترولیت (مایع که به حرکت الکترونها کمک می کند) و کاتد (قطعه ای از فلز که به راحتی الکترون ها را قبول می کند.) است.

فرایند تشکیل زنگ آهن

هنگامی که یک قطعه از فلز دچار خوردگی می شود، الکترولیت به رسیدن اکسیژن به آند کمک می کند. در نتیجه وقتی اکسیژن با فلز ترکیب می شود، الکترون ها آزاد می شوند و آنها از طریق الکترولیت به کاتد جریان می یابند فلز آندی از بین می رود و یا تبدیل به کاتیون فلزی  می شود. برای اینکه آهن تبدیل  به اکسید آهن شود، سه چیز مورد نیاز است: آهن، آب و اکسیژن.

وقتی که یک قطره آب به یک قطعه از آهن می رسد بلافاصله دو اتفاق شروع به رخ دادن می کند : اول ،آب به الکترولیت خوبی تبدیل می شود و با کربن دی اکسید هوا ترکیب می شود و کربنیک اسید رقیقی را تشکیل می دهند که یک الکترولیت به مراتب بهتری محسوب می شود. با تشکیل شدن اسید و مصرف شدن آهن قسمتی از آب شروع به تجزیه شدن می نماید و به اکسیژن و هیدروژن تبدیل می گردد. در این فرآیند(آزاد شدن الکترون ها) اکسیژن های آزاد شده و عناصر آهن حل شده با یکدیگر ترکیب شده و پیوند اکسید آهن را تشکیل می دهند و زنگ آهن را پدید می آورند.

 

زنگ آهن

 

واکنش زنگ زدن آهن

 

هنگامی که یک قطره آب حاوی یک اکسیژن بر روی یک قطعه فولادی می افتد، آهن جامد یا یون آهن (Fe) در سطح تماس قطره ،فرآیند اکسید شدن زیر در آن اتفاق می افتد :

 

Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2e-

 

الکترون ها به سرعت توسط یون های هیدروژن از آب (H2O) و اکسیژن محلول در لبه قطره و مرز تماس آن برای تولید آب مصرف می شوند:

 

(4e- + 4H+ (aq) + O2 (aq) → 2H2O (l

 

آب اسیدی بیشتر خوردگی را افزایش می دهد. اگر pH خیلی پایین باشد، یونهای هیدروژن به هر حال الکترون ها را مصرف می کنند و به جای آب تولید گاز هیدروژن می کنند:

 

(2H+ (aq) + 2e- →   H2 (g

 

اما زنگ زدگی کجا اتفاق می افتد؟ معادلات بالا فقط بخش کوچکی از این فرایند را بیان می کند.یون های هیدروژن از طریق این فرآیند مصرف می شوند. به دلیل خورندگی آهن، pH در قطره ها افزایش می یابد.

یون های هیدروکسید (OH-) غلظت یون هیدروژن در آب  را بالا می برند. آنها با یون آهن (II) واکنش دهند تا هیدروکسید آهن (II) نامحلول یا زنگ سبز تولید کنند:

(Fe2+ (aq) + 2OH-(aq) → Fe (OH) 2(s

 

یونهای آهن (II) همچنین با یونهای هیدروژن و اکسیژن واکنش میدهند تا یونهای آهن (III) تولید کنند:

 

(4Fe2+ (aq) + 4H+ (aq) + O2 (aq) → 4Fe3+ (aq) + 2H2O (l

 

 

یون آهن (III) با هیدروکسید واکنش می دهد تا اکسید هیدراته آهن (III) به عنوان هیدروکسید آهن (III) شناخته شود را تولید کند :

(Fe3+ (aq) + 3OH-(aq) →   Fe (OH) 3(s

 

 و در نهایت به این واکنش می رسیم:

 

 

Fe + O2 + H2O —> FeO  یا Fe2O3

 

روش های جلوگیری از زنگ آهن

برای جلوگیری از زنگ زدن، آهن را می توان برای جلوگیری از واکنش آن با اکسیژن و آب پوشش داد. یکی از این فرایند گالوانیزه نامیده می شود. گالوانیزه معمولا شامل یک پوشش آهن با یک لایه محافظ روی است. لایه روی کمک می کند تا آهن زیر را از واکنش با اکسیژن و آب جلوگیری کند تا زنگ زده شود.

 

روش های جلوگیری از زنگ زدن آهن

 

آلیاژ کردن

 از آنجا که زنگ زنگ آهن یک فرایند شیمیایی است که به این دلیل اتفاق می افتد که فلز به حالت شیمیائی پایدار تر می رسد، آلیاژ (مخلوط کردن) آهن با سایر فلزات پایدار یا آلیاژ ها می تواند روند این فرایند غیر مفید را کاهش دهد.

 

گالوانیزه کردن

گالوانیزه فرایندی است که سال هاست برای محافظت از فولاد زنگ نزن استفاده می شود. در فرآیند گالوانیزه یک قطعه فولاد با روی مایع پوشش داده می شود. روی از فولاد به سه روش مختلف محافظت می کند. اول، پوشش روی به عنوان یک مانع از دسترسی اکسیژن و آب به فولاد عمل می کند. دوم، حتی اگر پوشش خراشیده شود، روی به حفاظت از کاتد کمک می کند تا از مناطق مرزی تماس با فلز محافظت کند. و سوم، زینک نسبت به اکسیژن بسیار واکنش نشان می دهد و به سرعت یک پوشش محافظ اکسید روی را ایجاد می کند که آهن را از اکسیداسیون بیشتری جلوگیری می کند.

 

پوشش دهی و نقاشی

پوشش سطح یک شیء فلزی با یک لایه از رنگ یا وارنیش، تماس بین سطح اکسیژن و اتمسفر را از بین می برد و در نتیجه آن را به تعویق می اندازد. رنگ آمیزی با حذف آب، الکترولیت ها و هوا از فلزات آهنی از زنگ جلوگیری می کند.

 

کنترل رطوبت

آب، وقتی به یک فلز می رسد دشمن شماره یک آن است، زیرا اکسیژن موجود در مولکول های آب است که با آهن ترکیب می شود تا اکسید آهن تولید شود. به همین دلیل است که فلزات خارج از منزل، مانند خودروها، درها یا مخازن نگهداری دچار این مشکل می شوند. اگر جسم در محيطي مرطوب مانند گاراژ يا زيرزمين قرار گيرد، حتما یک رطوبت گیر را در ان محل قرار دهید. هر نوع گل یا خاکی که در سطح اشیا قرار دارد، می تواند آب و رطوبت را حفظ کند، بنابراین مهم است که فلزات تمیز شوند.

 

حفاظت کاتدی

در این روش و توسط یک جریان الکتریکی و قرار دادن یک فلز قربانی شونده از خوردگی فلزات جلوگیری می شود. حفاظت کاتدی برای خطوط لوله چه در خشکی و چه در دریا بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

 

پاک کردن زنگ آهن

اگر در مراحل اولیه این مشکل در جهت رفع آن برآیید بسیار مطلوب است.زیرا این ذرات اکسید سریعا تکثیر می شوند و باعث خوردگی کل قطعه فلزی می گردند.

 

حلال زنگ اهن

اگر می خواهید از شر این مشکل خلاص شوید، چند روش وجود دارد که عمدتا شامل انواع اسیدها  هستند. در خانه شما می توانید از آب لیمو (اسید سیتریک) یا سرکه (اسید استیک) استفاده کنید.از مهمترین اسیدهای مورد استفاده می توان به اگزالیک اسید اشاره کرد. در طی تماس این ماده با اکسید آهن یک کمپلکس تولید می شود که عوامل اکسید شونده را در خود حل کرده و بعذد از آن می تواند بوسیله آب شستشو داده می شود.

 

منابع :

 

Helmenstine, A. M. (2018, June 16). How Rust and Corrosion Work. Retrieved March 13, 2019, from https://www.thoughtco.com/how-rust-works-608461

 

Contributors, H. (2018, March 08). How does rust work? Retrieved March 13, 2019, from https://science.howstuffworks.com/question445.htm