Коррозия и защита металла от неё

Атомы металла и образованные из них простые вещества нельзя назвать стабильными, ведь внешний слой атомов металла не заполнен электронами. Поэтому большинство металлов в природе встречается только в виде соединений, и лишь очень малоактивные металлы можно отыскать в чистом виде. Большинство металлов химически неустойчивы и реагируют с веществами, содержащимися в воздухе, воде и земной коре, т. е. металлы окисляются.

В ходе коррозии металлы (М) отдают электроны со своего внешнего слоя окислителям из окружающей среды.

${\mathrm{M}}^0 - {\mathrm{ne}}^{-} \to {\mathrm{M}}^{\mathrm{n}+}$

Очень часто окисление идёт под действием кислорода, но на самом деле роль окислителя может играть и какое-нибудь другое вещество. В результате образуются соединения металлов, энергии у которых меньше, чем у чистых металлов, а значит, они намного устойчивей. Коррозия – это химическая реакция, для прохождения которой дополнительной энергии не требуется. Причина этого в следующем: когда атомы металла отдают электроны, при этом высвобождается энергия, и атомы переходят в более стабильное состояние.

Разные металлы имеют разную активность, и поэтому корродируют они тоже по-разному. На поверхности алюминия, хрома, никеля, цинка и олова в результате воздействия кислорода воздуха, или окисления, образуется тонкий, но плотный оксидный слой. Этот слой и предохраняет металл от дальнейшего окисления. Поэтому изделия, изготовленные из этих металлов, довольно устойчивы к действию кислорода и воды.

Коррозию железа в быту называют ржавлением. Когда железо ржавеет, образуется рыхлая красно-коричневая ржавчина, которая совсем не защищает железо от дальнейшего окисления. В результате этого металл полностью разрушается. Хотя процесс образования ржавчины довольно сложный, в упрощённом виде его можно рассматривать как реакцию железа с кислородом, в котором образуется красно-коричневый оксид железа(III).

$4\mathrm{Fe} + 3 {\mathrm{O}}_2 \to 2 {\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3$

Медь окисляется под действием углекислого газа и воды. В результате этого на поверхности меди образуется зеленоватый слой патины очень сложного состава. Этот слой предохраняет медь от дальнейшей коррозии.

Скорость корродирования металлов зависит и от характера металла, и от факторов окружающей среды: влажности, pH среды, температуры и солей, содержащихся в растворе. Рассмотрим, какие факторы способствуют коррозии (ржавлению) железа.

Металлы – отличные материалы, но их производство дорого. В то же время истощаются и запасы исходных веществ, необходимых для этого производства. Поэтому важно бороться с коррозией металлических деталей. По некоторым оценкам, в год во всём мире коррозия металлов наносит вред в размере примерно двух триллионов евро (это около 200 государственных бюджетов Эстонской республики).

Больше всего вреда наносит ржавчина. Благодаря своим физическим свойствам и относительно дешёвому производству, железо имеет обширные области применения. Увы, незащищённое железо легко подвергается коррозии и разрушается. Противодействие коррозии продлевает срок использования железа и его сплавов. Любая химическая реакция может протекать только в том случае, если вещества соприкасаются друг с другом. А значит, железо можно защитить от окисления, покрыв его каким-нибудь устойчивым и плотным слоем.