Language
Country/Area
No result found
تفاعلات كهروكيميائية مذهلة: ما السر المدهش وراء تآكل المعادن؟
يعد تآكل المعادن عملية طبيعية تحول المعادن المكررة إلى أكاسيد أكثر استقرارًا. هو التدهور التدريجي للمادة (عادةً المعدن) من خلال التفاعلات الكيميائية أو الكهروكيميائية مع بيئتها. هندسة التآكل هو المجال المخصص للتحكم في التآكل ومنعه. في اللغة اليومية، يعني هذا عادةً تفاعل أكسدة كهروكيميائي بين المعدن وعامل مؤكسد مثل الأكسجين أو الهيدروجين أو الهيدروكسيد.
يعد الصدأ، وهو تكوين أكاسيد الحديد ذات اللون الأحمر البرتقالي، مثالًا معروفًا للتآكل الكهروكيميائي.
ينتج هذا النوع من التآكل غالبًا أكاسيد أو أملاح المعدن الأصلي وينتج عنه اللون المميز. يمكن أن يحدث التآكل أيضًا في مواد أخرى غير المعادن، مثل السيراميك أو البوليمرات، ولكن في هذا السياق يكون مصطلح "التدهور" أكثر شيوعًا. يقلل التآكل من فائدة المواد والهياكل، بما في ذلك القوة الميكانيكية والمظهر ونفاذية السوائل والغازات. تتآكل بعض السبائك الهيكلية ببساطة نتيجة التعرض للهواء الرطب، ولكن هذه العملية يمكن أن تتأثر بشدة بمواد معينة.
يمكن أن يكون التآكل موضعيًا، مكونًا حفرًا أو شقوقًا، أو يمكن أن يؤدي إلى تآكل السطح بشكل موحد على مساحة كبيرة. وبما أن التآكل هو عملية يتم التحكم فيها بالانتشار، فهذا يعني أنه سيحدث على الأسطح المكشوفة. ولذلك، فإن التدابير الرامية إلى الحد من نشاط السطح المكشوف، مثل التخميل وتحويل الكروم، يمكن أن تحسن مقاومة المواد للتآكل. ومع ذلك، فإن بعض آليات التآكل أقل وضوحًا ويصعب التنبؤ بها.
جوهر العملية الكهروكيميائية
إن عملية التآكل الكيميائية معقدة للغاية ويمكن اعتبارها ظاهرة كهروكيميائية. على سطح معين من الحديد، تتم عملية الأكسدة، ويعمل هذا المكان بمثابة الأنود. تتحرك الإلكترونات المنطلقة عند موضع الأنود هذا عبر المعدن إلى نقطة أخرى حيث تقلل الأكسجين في بيئة تحتوي على H+. يعمل هذا الموضع ككاثود.
حالة تآكل البطارية
يحدث تآكل البطارية عندما يتلامس معدنان مختلفان مع بعضهما البعض ويتم غمرهما في إلكتروليت مشترك، أو عندما يتعرض نفس المعدن إلى إلكتروليتات بتركيزات مختلفة. في حزمة البطارية، يتآكل المعدن الأكثر نشاطًا (الأنود) بمعدل متسارع، بينما يتآكل المعدن الأكثر نبلًا (الكاثود) بمعدل أبطأ. ولهذه الظاهرة أهمية خاصة في الصناعة البحرية، خاصة عندما يتلامس الماء (المحتوي على الملح) مع الأنابيب أو الهياكل المعدنية.
استخدم الأنودات المضحية للتعامل بمرونة مع تآكل البطارية، على سبيل المثال، غالبًا ما يستخدم الزنك كأنود مضحية للهياكل الفولاذية.
طرق إزالة التآكل
في كثير من الأحيان، يمكن إزالة منتجات التآكل كيميائيًا. على سبيل المثال، يمكن وضع حمض الفوسفوريك على الأدوات الحديدية أو الأسطح على شكل "غراء بحري" لإزالة الصدأ. ومع ذلك، لا ينبغي الخلط بين إزالة التآكل والتلميع الكهربائي، وهو إزالة بعض طبقات المعدن الأساسي لتحقيق سطح أملس. ترتبط مقاومة التآكل لبعض المعادن بخصائصها الجوهرية، مما يوضح أهمية التفاعلات البيولوجية والكيميائية في منع التآكل.
في كثير من الحالات، يكون الاختيار الصحيح للمعادن هو مفتاح الأداء على المدى الطويل.
استراتيجيات مكافحة التآكل
توجد طرق مختلفة لحماية المعادن من التآكل، بما في ذلك الطلاء والجلفنة بالغمس الساخن والحماية الكاثودية ومزيج من هذه الطرق. على سبيل المثال، يمكن أن توفر الطلاءات طبقة من الحماية من الاتصال المباشر للمعادن بالبيئات المسببة للتآكل. يعتمد نجاح تطبيق هذه التدابير الوقائية على جودة التغطية السلسة، وحتى العيوب الصغيرة يمكن أن تصبح نقطة ضعف للتآكل.
في الصناعة الكيميائية، اكتئاب الهيدروجين هو اكتئاب يتشكل بسبب التفاعل بين الوسائط المسببة للتآكل وأنابيب الصلب وفقاعات الهيدروجين. عندما تمر السوائل الحمضية عبر الأنابيب الفولاذية، تتفاعل منتجات التآكل مع فقاعات الهيدروجين، لتشكل مادة هلامية محبطة تخلق المزيد من التآكل.
كشف التآكل ومنعه
يمكن تعزيز اكتشاف التآكل ومنعه بمساعدة التكنولوجيا الحديثة، مثل استخدام أجهزة الاستشعار ومعدات المراقبة واختيار المواد. تتطلب مقاومة التآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية والتآكل الميكروبي وحتى مسحوق المعادن اهتمامًا خاصًا. إن تصميم البيئة المناسبة والحفاظ على الحماية المناسبة يمكن أن يقلل بشكل فعال من الأضرار الناجمة عن أحداث التآكل هذه، وبالتالي تحسين عمر المواد.
عند اختيار المادة المناسبة، من المهم مراعاة تأثيرها وقدراتها على البيئة.
باختصار، يعد التآكل عملية شائعة ولكنها معقدة، ولا يساعد فهم آليته في منع التآكل والتحكم فيه فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين متانة المواد وعمر الخدمة. في حياتنا اليومية، كيف يمكننا مواجهة تحدي تآكل المعادن بشكل أكثر فعالية؟
