コロッシオとは何かを理解する|化学

金属がゆっくりと望ましくない化合物 (通常は酸化物) に変換されるプロセス、または大気中の有害なガスや湿気の存在下で金属が劣化するプロセスは、腐食と呼ばれます。」鉄のさびは腐食の主な例です。それに基づいて、腐食のメカニズムを理解しようとします。化学的には、錆は水和酸化鉄 (Fe2O3 xH2O) です。湿気、CO2、O2 が原因で発生します。

真空中や乾燥空気中では錆びません。さびは、こすれば取れる茶色の物質です。錆びる過程を説明するには、電気化学理論が最も適しています。

錆の電気化学理論:

鉄の物体の特定の場所では、錆びのプロセスが発生し、その場所は陽極として機能します.

陽極時:

2Fe ———>2Fe2+ + 4e–

Efe/Fe² =0.44 V.

陽極から放出された電子は別の場所 (陰極) に移動し、H+ イオンの存在下で酸素を還元します。この H+ イオンは、CO2 が水に溶解することによって形成される H2CO3 のイオン化によって得られます。

陰極:

O2(aq) + 4H + 4e– →2H₂O

E=1.23 V.

アノードとカソードの反応を組み合わせて完全なセル反応

2 Fe(s) + O2(g) + 4H(aq) →2Fe2+ +H₂O

E =0.44 V + 1.23 V =1.67 V。

したがって、1.67 V の電位が確立され、プロセスが継続的に行われます。

アノードで形成された Fe2+ イオンは OH イオンと反応し、Fe(OH)2(s) を形成します。大気中の酸素によるこの水酸化鉄 (II) は、水分の存在下で水和酸化鉄 (III) を形成します。

2Fe(OH)₂ + 1\2 O₂ + H₂O —> Fe₂O3.xH₂O.

この水和酸化鉄（サビ）は金属表面に付着せず、赤褐色の粉末として表面から剥がれます。今、地表下に存在する鉄原子が大気と接触し、鉄が錆によって破壊されていくプロセスを繰り返します.

海水では、海水に存在する塩が金属表面に存在する電解質溶液のコンダクタンスを増加させるため、腐食のプロセスが加速します。

腐食に影響する要因

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金属の性質: 金属の反応性が高いほど、腐食する傾向が高くなります。電気化学系列では、金属の位置が上 (上) になるほど反応性が高くなるため、腐食する傾向が高くなります。

不純物の存在: 不純物によって小さな腐食セルが作られ、腐食が急速に進行します。不純なイオンの腐食速度は、純粋なイオンよりも速いです。

雰囲気の性質: 水分、塩分、または CO₂、SO₂、SO などのガスが大気中に不純物として存在すると、これらの不純物が電解質として機能し、セル反応の速度を速めるのに役立つため、腐食速度が増加します。

金属の歪み: 滑らかで平らな表面の金属の腐食は、金属の折り畳まれた位置で分子または原子が歪んでいるため、粗い金属よりも少ないです。

電解質の存在: 酸、塩基、または塩のような電解質と金属を含む水の存在により、腐食の速度が増加します。金属の腐食もpHに依存します。アルカリ性媒体では腐食の速度は遅く、酸性媒体では速くなります。

腐食防止:-

金属を腐食から保護する (または鉄を錆びから保護する) 方法はいくつかあります。上記でいくつかの重要な方法について説明しています:

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バリア保護: これは、鉄粒子と大気および水分のガスとの間のバリアとして機能するフィルムを導入する方法です。これは、(i) 金属の表面を塗装する、(ii) 金属の表面をオイルまたはグリースの薄い層でコーティングする、(iii) 鉄を電気メッキする、という方法で行うことができます。

犠牲的保護: この保護方法では、鉄は、鉄よりも大気に対してより活性な金属の薄い層で覆われています。これにより、鉄表面からの電子の損失が防止されます。金属をイオン状態にする鉄より優先して電子を失う活性金属。金属の外側の層は一定期間後に破壊されますが、内側の金属はこの時点で保護されており、保護は犠牲保護と呼ばれます.

亜鉛めっきプロセスでは、金属を保護するために亜鉛金属が一般的に使用されます。亜鉛めっきされた鉄は、Zn、O₂、CO、および空気中の水分の間の反応により、塩基性炭酸亜鉛 ZnO、Zn(OH)2 の目に見えない保護層のコーティングにより、その光沢を保ちます。

しかし、鉄にコーティングされている亜鉛の保護皮膜に何らかの破壊があれば、そのような状況でも鉄は錆びません。これは、傷が原因で、亜鉛と鉄の両方が酸化にさらされるためですが、亜鉛が最初に酸化し、鉄が酸化された後にのみ酸化されます.

スズメッキの場合は、皮膜が完全な状態になるまでサビから守ります。コーティング表面に傷が発生すると、両方の金属が酸素にさらされます。この場合、錫の還元電位が鉄の還元電位よりも大きいため、鉄が最初に酸化されて錆びます。

Zn、Al、Mg の粉末を塗料に混ぜて保護層として使用します。

電気的保護または陰極防食: 地下水道管など直接水に触れる鉄製品の保護に有効な工法です。鉄の製品は、Zn や Mg などの鉄よりも活性な金属と直接接続されています。私たちが選択した活性金属は、鉄よりも還元電位が低いです。したがって、活性金属は鉄よりも優先的に電子を失う (酸化する) ため、鉄が錆びないように保護されます。

防錆ソリューションの使用: 防錆に一般的に使用される溶液は、アルカリホスファターゼとアルカリクロム酸塩溶液です。

鉄製品はリン酸ナトリウム (Na3PO4) の強アルカリ性の沸騰溶液に浸され、リン酸鉄の保護層が鉄の上に形成されます。

この層は、鉄製品を錆びから保護します。溶液はアルカリ性であるため、H イオンは利用できません。したがって、H+ イオンが存在しない場合、Fe の Fe²+ への酸化は起こりません。

結論:-

腐食は私たちの日常生活の中で非常に一般的ですが、この化学反応の結果として腐食電流も存在することがわかりました (非常に小さな電流)。腐食は、精製された金属を酸化物のような安定した化学状態に変化させる自然なプロセスです。、水酸化物、または硫化物。これは、環境との化学的および電気化学的相互作用によって引き起こされる材料 (多くの場合、金属) のゆっくりとした劣化です。強度、外観、および耐久性を低下させることにより、材料を腐食および劣化させます。さびは、金属の劣化過程である腐食の一例にすぎません。金属の品質と寿命を改善するために講じることができる予防措置のいくつかも調査されました。自然腐食は金属と非金属に起こり、表面に乾燥したフレーク状の層を作り、それらを分解します.私たちが日常生活で使用しているさまざまな金属や合金には、この種のものがあります.