Металдардың жемірілуі және онымен күресу жолдары

Металдар мен құймалар әр түрлі заттармен жанасқанда, олармен әрекеттесіп, химиялық қосылыстар түзеді. Әсіресе жаңбыр, топырақ ылғалы, ауа әсерінен қоршаған ортадағы металдар бүлініп желінеді. Бұл кезде металдан жасалған бұйымның қасиеті мүлдем өзгеріп, ол біртіндеп бүліне бастайды. Бұл өте зиянды әрі қауіпті процесс жемірілу деп аталады (коррозия — — желіну деген сөз). Қоршаған орта факторларының әсерінен болатын металдың желіну құбылысы жемірілу (коррозия) деп аталады. Металдар мен құймалардан жасалған өнеркәсіптік қондырғылар, ауылшаруашылық техникасы, қатынас көліктерінің тетіктері, энергетика және химия өнеркәсібінің қондырғылары жемірілуге ұшырайды. Жемірілудің келтірген зиянынан металл бұйымдар пайдалануға жарамсыз болып қалады, бұл тіпті түрлі апаттарға соқтыруы мүмкін. Сондықтан жемірілу процесінің негізін біліп, оның зардаптарын болғызбау жолдарын үйрену керек. Металдардың бәрі бірдей жемірілуге ұшырай бермейді. Кернеу қатарында күмістен соң орналасқан металдар "бекзат металдар" деп аталады, олар іс жүзінде бүлінбейді. Сондықтан бұл металдарды және олардың құймаларын жемірілуге тыйым салынған жерлерде қолданады. Мысалы, электрондық өнеркәсіпте, ғарыштық техникада контактілер жасау үшін алтынды пайдаланады. Кернеу қатарында магнийдің сол жағында орналасқан сілтілік және сілтілік жер металдар "бекзат металдарға" қарама-қарсы қасиетке ие. Олар кәдімгі жағдайдың өзінде қоршаған ортадағы көптеген заттармен (ең алдымен, оттекпен және сумен) оңай әрекеттеседі, сондықтан қондырғылар мен аппараттар жасауға пайдаланылмайды. Кернеу қатарының орта шенінде жемірілуге баяу ұшырайтын металдар орналасқан. Олардың біразы, мысалы, Mg, Zn, Al, Cr, Ni жемірілуге төзімді, себебі металдардың бетінде оксидтен тұратын өте жұқа қабықша пайда болып, металдарды қоршаған ортамен жанасудан сақтап тұрады. Адамдар темірдің таттануын жиі кездестіреді, жемірілген темірдің бетін кеуек қоңырқай тат қабаты басады. Жыл сайын дүние жүзінде алынатын темір массасының 1/4-і жемірілуге ұшырап, бүлініп отырады. Темірдің таттануы, әдетте, оттектің әсерінен болады: ::2Fe 0 + 2Н 2 О + О 2 = 2Ғе(ОН) 2 Оттек молекуласы темірді алдымен Ғе +2 , содан кейін Ғе +3 катионына айналдырады: :Тотықсыздандырғыш 2Ғе 0 — 2ē —> 2Ғе +2 :Тотыктырғыш О 0 2 + 4ē = 2О 2 -2 ::4Ғе(0Н) 2 + 2Н 2 О + О 2 -> 4Ғе(0Н) 3 :Тотықсыздандырғыш Fe +2 — ē —> Fe +3 :Тотыктырғыш О 0 2 +4ē —> 2О -2 Жалпы алғанда, металдардың және олардың құймаларының қоршаған орта әсерінен жемірілуге ұшырауын химиялық және электрохимиялық деп екіге бөледі. Бүкіл әлемде адамның белсенді іс-әрекетінің нәтижесінде қоршаған ортаның ластануы шекті деңгейге жетіп отыр. Осыған орай, металдар мен құймалардың жемірілуі де күшейіп келеді. Қазір ғылым мен практика жемірілу процесін шектеудің, азайтудың, тіпті мүлдем болдырмаудың көптеген әдіс-тәсілдерін ұсынады. Жалпы алғанда, жемірілумен күресудің бірнеше бағыттары бар. Жемірілу электролит ерітінділерінде өтеді. Ол белсенділігі төмен металдардың қатысуымен күшейе туседі. Электрондардың ауысуымен, микротоктың пайда болуымен жүреді. Тотықтырғыштар: электролиттердің гидраттанған ионы. Мысалдар: тасымал құбырлардың, рельстердін, кеме корпусының, әр түрлі металдан жасалған конструкциялардың желінуі. Жоғары температурада бейэлектролит тотыктырғыштардың әсерінен бүлінеді. Тотықтырғыштар: оттегі, хлор, күкірт диоксиді, және басқа газдар, әртүрлі отын түрлері, су буы. Мысалы, іштен жанатын қозғалтқыштардың, химиялық құрылғылардың, қондырғылардың, электр станцияларындағы құбыр тетіктерінің желінуі. Қоршаған ортаның әсерінен металдардың бүлінуін жемірілу (коррозия) деп атайды. Жемірілу тотығу-тотықсыздану процесіне жатады, оның жүруі металдардың белсенділігіне тәуелді. Белсенді металдар оңай жеміріледі. "Бекзат металдар" жемірілмейді. Металдардың жемірілуін болдырмау шараларын білу керек. Коррозиялық процестің термодинамикалық жағдайы Өндірісте қолданылатын техникалық металдар үшін атмосфералық жағдайда металдық күй термодинамикалық жағынан тұрақсыз болады. Металдардың металдық күйден иондық күйге өтуі - әр метал үшін әртүрлі. Бұл берілген ортада сәйкес реакциялардың жүруі кезінде еркін энергияның кемуімен анық сипатталады. Изобарлы-изотермиялық потенциал немесе Гиббс потенциалы - коррозиялық процесс жүруінің мүмкіншілігі, ол мына формуламен өрнектеледі: мұндағы - коррозиялық процестің жылулық әсерін анықтайтын энтальпия; - жүйенің энтропиясының өзгерісі; Коррозиялық процестің өзіндік жүру шарты болып табылады. мәні оң болса метал коррозиясының өнімі түзіледі де, өзіндік процесс қорғаушы бола алады. Егер заттың бастапқы Гиббс потенциалы десек, - реакция өнімінің Гиббс потенциалы болса, онда энергия өзгерісі мынаған тең: Өзіндік процестер тек болғанда ғана жүреді. Металдардың термодинамикалық тұрақсыздық дәрежесіне байланысты бөлінуі Н. Д. Томашев барлық металдардың термодинамикалық тұрақсыздығын дәрежесіне байланысты бес топқа бөлді: Өте тұрақсыз металдар Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Ti, Zr, Mn, Cr, Zn, Fe. Бұл элементтер тіпті бейтарап сулы орталарда да жемірілуі мүмкін. Термодинамикалық тұрақсыз металдар Cd, In, Co, Ni, Mo, Pb, W. Оттегісі жоқ бейтарап орталарда тұрақты болады. Жартылай термодинамикалық тұрақты металдар Bi, Sb, Re, Cu, Tc, Ag, Rh. Тұзды және бейтарап орталарда оттегісі жоқ кезде тұрақты. Термодинамикалық тұрақтылығы жоғары металдар Hg, Pd, Ir, Pt. Көптеген орталарда да жемірілмейді. Өте тұрақты металдар Au. Мүлдем жемірілуге ұшырамайды. Дереккөздер