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Sorprendenti reazioni elettrochimiche: qual è il segreto sorprendente dietro la corrosione dei metalli?
La corrosione dei metalli è un processo naturale che trasforma i metalli raffinati in ossidi più stabili. È il graduale deterioramento di un materiale (solitamente un metallo) attraverso reazioni chimiche o elettrochimiche con l'ambiente. L'ingegneria della corrosione è il campo dedicato al controllo e alla prevenzione della corrosione. Nel linguaggio quotidiano, questo di solito significa una reazione di ossidazione elettrochimica tra un metallo e un agente ossidante come ossigeno, idrogeno o idrossido.
La ruggine, la formazione di ossidi di ferro rosso-arancione, è un noto esempio di corrosione elettrochimica.
Questo tipo di corrosione produce spesso ossidi o sali del metallo originale e conferisce il colore caratteristico. La corrosione può verificarsi anche in materiali diversi dai metalli, come ceramiche o polimeri, ma in questo contesto è più comune il termine “deterioramento”. La corrosione riduce l'utilità di materiali e strutture, compresa la resistenza meccanica, l'aspetto e la permeabilità ai liquidi e ai gas. Alcune leghe strutturali si corrodono semplicemente per esposizione all'aria umida, ma questo processo può essere fortemente influenzato da alcune sostanze.
La corrosione può essere localizzata, formando buchi o crepe, oppure può corrodere la superficie in modo uniforme su una vasta area. Poiché la corrosione è un processo a diffusione controllata, ciò significa che si verificherà su superfici esposte. Pertanto, le misure per ridurre l’attività superficiale esposta, come la passivazione e la conversione del cromo, possono migliorare la resistenza alla corrosione dei materiali. Tuttavia, alcuni meccanismi di corrosione sono meno evidenti e difficili da prevedere.
Il cuore del processo elettrochimico
Il processo chimico di corrosione è piuttosto complesso e può essere considerato un fenomeno elettrochimico. Su una particolare superficie del ferro avviene il processo di ossidazione e quel punto funge da anodo. Gli elettroni rilasciati in questa posizione dell'anodo si spostano attraverso il metallo verso un altro punto dove riducono l'ossigeno in un ambiente contenente H+. Questa posizione funge da catodo.
Caso di corrosione della batteria
La corrosione della batteria si verifica quando due metalli diversi entrano in contatto tra loro e sono immersi in un elettrolita comune o quando lo stesso metallo viene esposto a elettroliti a concentrazioni diverse. In una batteria, il metallo più attivo (l'anodo) si corrode ad una velocità accelerata, mentre il metallo più nobile (il catodo) si corrode ad una velocità più lenta. Questo fenomeno è particolarmente importante nel settore nautico, soprattutto dove l'acqua (contenente sale) entra in contatto con tubazioni o strutture metalliche.
Utilizzare gli anodi sacrificali per gestire in modo flessibile la corrosione delle batterie. Ad esempio, lo zinco viene spesso utilizzato come anodo sacrificale per le strutture in acciaio.
Metodi per rimuovere la corrosione
Spesso i prodotti della corrosione possono essere rimossi chimicamente. Ad esempio, l'acido fosforico può essere applicato su strumenti o superfici in ferro sotto forma di "colla marina" per rimuovere la ruggine. Tuttavia, la rimozione della corrosione non deve essere confusa con l’elettrolucidatura, che è la rimozione di alcuni strati del metallo sottostante per ottenere una superficie liscia. La resistenza alla corrosione di alcuni metalli è legata alle loro proprietà intrinseche, il che dimostra l'importanza delle reazioni biologiche e chimiche nella prevenzione della corrosione.
In molti casi, la corretta selezione del metallo è la chiave per ottenere prestazioni a lungo termine.
Strategie anticorrosione
Esistono vari metodi per proteggere i metalli dalla corrosione, tra cui verniciatura, zincatura a caldo, protezione catodica e combinazioni di questi metodi. Ad esempio, i rivestimenti possono fornire uno strato di protezione dal contatto diretto del metallo con ambienti corrosivi. Il successo dell'applicazione di queste misure protettive dipende dalla qualità della copertura continua e anche le più piccole imperfezioni possono diventare il tallone d'Achille della corrosione.
Nell'industria chimica, la depressione da idrogeno è una depressione che si forma a causa dell'interazione tra mezzi corrosivi, tubi di acciaio e bolle di idrogeno. Quando i liquidi acidi passano attraverso i tubi di acciaio, i prodotti della corrosione interagiscono con le bolle di idrogeno, formando una sostanza gelatinosa che crea ulteriore corrosione.
Rilevamento e prevenzione della corrosione
Il rilevamento e la prevenzione della corrosione possono essere migliorati con l'aiuto della tecnologia moderna, come l'uso di sensori, apparecchiature di monitoraggio e selezione dei materiali. La resistenza alla corrosione ad alta temperatura, alla corrosione microbica e persino alla polvere metallica richiede un'attenzione speciale. Progettare l'ambiente giusto e mantenere una protezione adeguata può ridurre efficacemente i danni causati da questi eventi di corrosione, migliorando così la vita dei materiali.
Quando si sceglie il materiale giusto, è importante considerarne l'impatto ambientale e le capacità.
In sintesi, la corrosione è un processo comune ma complesso. Comprenderne il meccanismo non solo aiuta a prevenire e controllare la corrosione, ma migliora anche la durabilità e la durata dei materiali. Nella vita quotidiana, come possiamo affrontare la sfida della corrosione dei metalli in modo più efficace?
