II.4. Coroziunea. Protecția anticorozivă*

*) Extindere pentru 3 ore pe săptămână

Marea majoritate a metalelor corodează, cu excepția metalelor nobile (aurul și platina).

Unele metale (Al, Mg), deși sunt reactive, sunt rezistente la coroziune întrucât se acoperă cu un strat protector de oxid (Al₂O₃, MgO), fenomen numit pasivare.

Coroziunea naturală este un proces nedorit prin care multe metale sunt transformate în compuși chimici ai lor.

Coroziunea este procesul de degradare a metalelor sub acțiunea factorilor din mediul extern, prin reacții redox.

Coroziunea metalelor este de două feluri:

• Coroziune chimică, produsă de gaze uscate (O₂, Cl₂, SO₂, H₂S, HCl(g), CO, CO₂, H₂ etc.) la temperaturi înalte și de neelectroliți.

• Coroziune electrochimică, produsă de electroliți și de umiditate.

Coroziune electrochimică apare doar la metale sau aliaje metalice și este mult mai agresivă, în comparație cu coroziunea chimică. Ea este cauzată de formarea unor micropile electrice.

Binecunoscută și deosebit de păgubitoare pentru economie este ruginirea fierului. Pentru ca fierul să ruginească este necesară prezența simultană a aerului și apei.

În aer uscat fierul nu ruginește, nici în apă deoxigenată.

Prezența acizilor și a anumitor săruri (de exemplu, a celor din apa de mare : NaCl, MgCl₂ etc.) favorizează mult coroziunea.

Alte săruri (de ex. Na₂CO₃) dimpotrivă inhibă coroziunea.

Reacțiile redox care au loc la ruginirea fierului sunt următoarele:

Anod (-): Fe⁰ → Fe²⁺ + 2ē - reacție de oxidare

Catod (+): O₂ + 2H₂O + 4ē → 4HO^- - reacție de reducere

Procesul redox global este:
2Fe + O₂ + 2H₂O → 2Fe(OH)₂

Hidroxidul de fier II este oxidat la hidroxid de fier III :
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Hidroxidul de fier III prin deshidratare parțială formează rugina:
2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ ∙ H₂O + 2H₂O

Aproximativ 10% din utilajele de oțel sunt distruse anual prin formarea ruginii.

👀 Experiment:Proprietatea fierului de a rugini

Metode pentru prevenirea și combaterea coroziunii:

• Eliminarea oxigenului, reducerea umidității, folosirea unor substanțe care reduc viteza coroziunii.

• Protecţia prin învelişuri anticorozive se realizează prin acoperirea metalului cu un strat subţire de lacuri și vopsele.

• Fosfatarea este acoperirea metalului cu un strat de fosfat de mangan și fier. Pelicula de fosfați insolubili își exercită rolul protector anticoroziv numai în combinație cu alte pelicule depuse ulterior pe aceasta: lacuri, vopsele, uleiuri. Fosfatarea este des folosită ca înlocuitor al grundului în acoperirile cu lacuri și vopsele pentru industria construcțiilor de mașini, construcții navale, a bunurilor de larg consum s.a.m.d.

• Placarea metalelor este un proces electrochimic de depunere a unui strat subţire de un metal mai rezistent la coroziune (nichel, crom, zinc, argint, aur, platină etc.) pe un alt metal. Cele mai întâlnite produse realizate prin această metodă sunt tacâmurile argintate, bijuterii argintate, accesoriile de maşină cromate, oalele placate cu cositor.

• Smălţuirea (emailarea) este considerată a fi o metodă practică, ieftină şi mult mai atractivă pentru consumator. În industrie, smălţuirea este întrebuinţată pe fier turnat sau pe folii de oţel care au fost mai întâi matriţate în forma dorită.

• Zincarea este procesul de acoperire a unui metal, cum ar fi fierul sau oţelul, cu un strat subţire de zinc. Fierul sau alt element pe bază de metal este cufundat în acid pentru curăţarea de praf, mizerii sau grăsimi. Apoi este spălat şi înmuiat în zinc topit. Exemple de produse galvanizate în mod curent sunt coşuri de gunoi, folii ondulate pentru acoperiş, ţevi din fier şi sârma.

• Protecţia catodică este o metodă pentru protecţia structurilor metalice ce intră în contact direct cu umiditatea (conducte, vapoare, stâlpi etc.), folosind anozi metalici auxiliari (metale active ca Mg, Zn), care se corodează în locul metalului protejat. În acest mod se formează un element galvanic în care metalul mai reactiv constituie anodul, iar fierul catodul.

Anod (-): Mg⁰ → Mg²⁺ + 2ē - reacție de oxidare

Catod (+): O₂ + 2H₂O + 4ē → 4HO^- - reacție de reducere