Czynnikami powodującymi korozję są procesy chemiczne, elektrochemiczne, biologiczne i mechaniczne.

Korozja chemiczna i elektrochemiczna

Korozja chemiczna zachodzi pod wpływem tlenu z powietrza atmosferycznego, chloru oraz tlenków siarki i azotu (bezwodników kwasów). W przypadku korozji elektrochemicznej powstają ogniwa galwaniczne. W obecności elektrolitu (woda wraz z rozpuszczonymi gazami i solami), powodującego zamknięcie obwodu, zaczynają zachodzić niekorzystne procesy korozyjne. Procesy korozji elektrochemicznej i chemicznej niekiedy przebiegają równocześnie.

Procesy zachodzące na powierzchni korodowanej stali w obecności wody

W przypadku żelazastopy żelazażelaza i jego stopówstopy żelazastopów, na powierzchni, w wyniku korozji, czyli niszczenia, powstaje rdzardzardza, czyli mieszanina tlenków, wodorotlenków i węglanów żelaza.

R1M9xCy5Ku0Et

Na ilustracji jest fragment powierzchni wykonanej z żelaza, a obok niej z cyny. Działa na nie woda. Na powierzchni z żelaza jest napis: anoda, na powierzchni z cyny katoda. Elektrony przepływają od anody do katody. Górna część powierzchni z żelaza jest uszkodzona - jest tam zagłębienie o nieregularnych ściankach. Od anody w górę - przez zagłębienie - prowadzi strzałka do ${\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}$. Od kationu żelaza strzałka prowadzi do rdzy na powierzchni z żelaza i cyny. Na te dwie powierzchnie oprócz wody działa także O indeks dolny 2.

Wodorotlenki żelaza częściowo przechodzą w tlenki żelaza lub węglany żelaza pod wpływem ${\text{CO}}_2$ z powietrza.

Procesy zachodzące podczas korozji srebra i miedzi

Innym przykładem korozji może być patynaśniedź, patynapatyna na miedzi lub czarny osad siarczku srebra na wyrobach ze srebra. Co ciekawe, niektórzy naukowcy nie zaliczają do korozji powstawania patyny na miedzi, czyli tzw. śniedzi. Zdania w tym temacie są podzielone.

Zielonkawa barwa materiałów miedzianych spowodowana jest powstawaniem tzw. śniedzi (patyny) - ${\mathrm{Cu}}_2{\mathrm{CO}}_3{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$ na miedzi.

Srebro czernieje w wyniku kontaktu ze związkami zawierającymi siarkę. Nasz organizm również wydala je wraz z potem. Skład naszego potu oraz ilość substancji wydzielanych z potem może się zmieniać. Zależne jest to np. od naszej diety oraz zażywania niektórych leków. Może nastąpić wówczas zwiększone wydalanie związków siarki przez nasz organizm i nasza biżuteria może gwałtownie ulec poczernieniu.

Czernienie wyrobów ze srebra spowodowane jest powstawaniem siarczku(II) srebra.

Procesy zachodzące podczas korozji aluminium

Glin pod wpływem tlenu pokrywa się warstewką ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$, która zapobiega procesom utleniania głębszych warstw glinu. Tlenek glinu jest odporny na działanie słabych kwasów i wody:

Matowienie powierzchni glinu (pasywacja) to rodzaj korozji. Glin pod wpływem tlenu pokrywa się warstewką ${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3$, która zapobiega procesom utleniania głębszych warstw glinu. Tlenek glinu jest odporny na działanie słabych kwasów i wody.

RrAVGdunt691q

Zdjęcie przedstawia górną, ozdobną część stalowego płotu. W niektórych miejscach białą farbę zastąpiła brązowa rdza.

R1I2NGPxqvitl

Na zdjęciu jest fragment nadkola w samochodzie, z którego zeszła część lakieru. W jego miejscu pojawiła się rdza.

Korozja biologiczna

W przypadku korozji biologicznej, istotną rolę odgrywa działanie organizmów żywych (często bakterii). Zarówno beztlenowce, jak i bakterie używające tlenu, mogą powodować korozję biologiczną. Na przykład bakterie redukują w środowisku beztlenowym siarczany do siarkowodoru i siarczków, co przyczynia się do niebezpiecznej korozji niektórych metali, w tym np. stali nierdzewnej. Beztlenowe bakterie redukujące siarczany inicjują i przyspieszają elektrochemiczną korozję kadłubów statków morskich.

Korozja mechaniczna

Z kolei w przypadku korozji mechanicznej, to na skutek naprężeń mechanicznych, prowadzących do pękania przedmiotów metalowych następuje korozja elektrochemiczna.

Badania korozyjne prowadzone są w celu określenia szybkości korozji metali i stopów metali, właściwości ochronnych powłok, wpływu środowiska na zmiany właściwości mechanicznych materiałów, itp. Bada się oddziaływanie takich czynników jak: temperatura, wilgotność, stężenie składników korozyjnych (np. ${\text{SO}}_2$, ${\text{H}}_2\text{S}$, amoniak, kwasy, chlorki).

Często stosuje się takie metody oceny korozji jak:

• metoda wizualna oceny zmian wyglądu powierzchni,

• metoda wagowa - ocenia się zmiany masy i wymiarów.

Polecenie 1

Badanie korozji metali

Wykonaj poniższe doświadczenie, uzupełnij brakujące obserwacje i sformułuj wnioski.

R1KsacISHUCvS

Materiały: - 4 probówki, - 4 stalowe gwoździe, - drut miedziany. Odczynniki: - woda destylowana, - sól kuchenna – NaCl, - kwas octowy. Wykonanie doświadczenia: Umieszczony w probówce metal należy do połowy zalać roztworem: Probówka 1. woda destylowana + gwóźdź Probówka 2. roztwór 2% NaCl + gwóźdź Probówka 3. roztwór 2% kwasu octowego + gwóźdź Probówka 4. roztwór 2% NaCl + gwóźdź owinięty drutem miedzianym. Obserwacje i wnioski: Po 24 godzinach oddziaływania danego roztworu na wybranym metal: Probówka 1. Obserwujemy jasnożółte zabarwienie roztworu oraz nieco osadu na dnie probówki, ponieważ, w wodzie destylowanej jest mało jonów będących nośnikami ładunku i reakcja przebiega powoli. Probówka 2. Obserwujemy żółtobrunatny roztwór oraz brunatny osad na dnie probówki. Duża ilość jonów powstałych z dysocjacji NaCl powoduje zwiększenie przewodnictwa elektrycznego i przyspieszenie reakcji korozji. Probówka 3: (Uzupełnij). Probówka 4: (Uzupełnij).

Materiały:

4 probówki;

4 stalowe gwoździe;

drut miedziany.

Odczynniki:

woda destylowana;

sól kuchenna – NaCl (chlorek sodu);

kwas octowy CH₃COOH (kwas etanowy).

Wykonanie doświadczenia:
Umieszczony w probówce metal należy do połowy zalać roztworem:
Probówka 1. woda destylowana + gwóźdź.
Probówka 2. roztwór 2% NaCl + gwóźdź.
Probówka 3. roztwór 2% kwasu octowego + gwóźdź.
Probówka 4. roztwór 2% NaCl + gwóźdź owinięty drutem miedzianym.

---

Schemat doświadczenia:

Rs9kpsU2298D2

Na ilustracji w statywie na probówki umieszczonych są cztery probówki ponumerowane od 1 do 4. W probówce numer 1 jest kilka gwoździ, kolor cieczy w probówce jest jasnobrązowy. Probówka numer 2: jest w niej kilka gwoździ, kolor cieczy jest ciemniejszy niż w probówce numer 1. Probówka numer 3: w probówce jest kilka gwoździ, kolor brązowy cieczy jest jedynie u góry roztworu, w rejonie łepków gwoździ. W probówce numer cztery jest kilka gwoździ, owinięte są drutem miedzianym. Roztwór jest lekko szary.

RYua3HZnfKTCY

Obserwacje: Po 24 godzinach oddziaływania danego roztworu na wybrany metal: Probówka 1. Obserwujemy jasnożółte zabarwienie roztworu oraz nieco osadu na dnie probówki. Probówka 2. Obserwujemy żółtobrunatny roztwór oraz brunatny osad na dnie probówki. Probówka 3: (Uzupełnij). Probówka 4: (Uzupełnij). Wnioski: Probówka 1. W wodzie destylowanej jest mało jonów będących nośnikami ładunku i reakcja przebiega powoli. Probówka 2. Duża ilość jonów powstałych z dysocjacji NaCl powoduje zwiększenie przewodnictwa elektrycznego i przyspieszenie reakcji korozji. Probówka 3: (Uzupełnij). Probówka 4: (Uzupełnij).

Obserwacje:
Po 24 godzinach oddziaływania danego roztworu na wybrany metal:
Probówka 1. Obserwujemy jasnożółte zabarwienie roztworu oraz nieco osadu na dnie probówki.
Probówka 2. Obserwujemy żółtobrunatny roztwór oraz brunatny osad na dnie probówki.

---

Probówka 3:

---

Probówka 4:

---

Wnioski:
Probówka 1. W wodzie destylowanej jest mało jonów będących nośnikami ładunku i reakcja przebiega powoli.
Probówka 2. Duża ilość jonów powstałych z dysocjacji NaCl powoduje zwiększenie przewodnictwa elektrycznego i przyspieszenie reakcji korozji.

---

Probówka 3:

---

Probówka 4:

---

Pokaż odpowiedź

Probówka 3.

Obserwacje: Obserwujemy wyraźnie zniszczony gwóźdź, a roztwór jest prawie bezbarwny i nie wytrącił się osad.

Wnioski: Okazuje się, że jony ${\text{H}}^{+}$ pochodzące od kwasu octowego przyspieszają reakcję katodową, poprzez wiązanie jonów ${\text{OH}}^{-}$ tworząc cząsteczki wody. Powstający octan żelaza(II) jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i nie zabarwia roztworu.

Probówka 4.

Obserwacje: Obserwujemy żółtobrunatny roztwór, na dnie duża ilość brunatnego osadu.

Wnioski: Miedź połączona z żelazem tworzy ogniwo galwaniczne. Jednak jako metal szlachetniejszy od żelaza przyjmuje w nim rolę katody, a żelazo anody. Taki układ przyspiesza korozję stali.

Polecenie 2

Badanie korozji stali w odczynniku ferroksylowym.

Wykonaj poniższe doświadczenie, zapisz obserwacje i sformułuj wnioski.

RcW6l93OguqQ6

Odczynniki i sprzęt: zlewka numer 1; wodny roztwór NaCl o stężeniu 3% (100 cm3); zlewka numer 2; wodny roztwór heksacyjanożelazianu(III) potasu K3[Fe(CN)6] o stężeniu 1% (5 cm3); zlewka numer 3; roztwór fenoloftaleiny o stężeniu 1% w etanolu (5 cm3); żelatyna; szalka Petriego; stalowy gwóźdź owinięty drutem miedzianym; stalowy gwóźdź owinięty drutem cynkowym; stalowy gwóźdź zgięty na pół;.

Odczynniki chemiczne:

wodny roztwór NaCl o stężeniu 3% (200 cm³);

wodny roztwór heksacyjanożelazianu(III) potasu K₃[Fe(CN)₆] o stężeniu 1% (5 cm³);

roztwór fenoloftaleiny o stężeniu 1% w etanolu (5 cm³);

żelatyna;

---

Sprzęt laboratoryjny:

zlewka;

2 szalki Petriego;

pilnik do stali;

---

Badane próbki:

stalowy gwóźdź owinięty drutem miedzianym;

stalowy gwóźdź owinięty drutem cynkowym;

stalowy gwóźdź zgięty na pół;

prosty stalowy gwóźdź z nadpiłowanym ostrzem;

---

Wykonanie doświadczenia:
1. Przygotuj odczynnik ferroksylowy: do zlewki
Do zlewki z wodnym roztworem chlorku sodu w objętości 200 cm³ dodaj 4 cm³ wodnego roztworu heksacyjanożelazianu(III) potasu i 4 cm³ alkoholowego roztworu fenoloftaleiny. Roztwór ogrzej do temperatury 70°C.
2. Do przygotowanego roztworu dodaj 6 g żelatyny i dokładnie mieszaj przez około 2-3 minuty.
3. Po rozpuszczeniu żelatyny rozlej mieszaninę do dwóch szalek Petriego i umieść w nich uprzednio odtłuszczone i oczyszczone próbki gwoździ.
Szalka nr 1.
Szalka nr 2.

---

Szalka nr 1.
Obserwacje:
Wnioski:

---

Szalka nr 2.
Obserwacje:
Wnioski:

---

Odczynniki chemiczne: wodny roztwór NaCl o stężeniu 3% (200 centymetrów sześciennych); wodny roztwór heksacyjanożelazianu(III) potasu K3[Fe(CN)6] o stężeniu 1% (5 centymetrów sześciennych); roztwór fenoloftaleiny o stężeniu 1% w etanolu (5 centymetrów sześciennych); żelatyna.

Sprzęt laboratoryjny: zlewka; 2 szalki Petriego; pilnik do stali.

Badane próbki: stalowy gwóźdź owinięty drutem miedzianym; stalowy gwóźdź owinięty drutem cynkowym; stalowy gwóźdź zgięty na pół; prosty stalowy gwóźdź z nadpiłowanym ostrzem.

Wykonanie doświadczenia: 1. Przygotuj odczynnik ferroksylowy: do zlewki Do zlewki z wodnym roztworem chlorku sodu w objętości 200 centymetrów sześciennych dodaj 4 centymetry sześcienne wodnego roztworu heksacyjanożelazianu(III) potasu i 4 centymetry sześcienne alkoholowego roztworu fenoloftaleiny. Roztwór ogrzej do temperatury 70°C. 2. Do przygotowanego roztworu dodaj 6 gramów żelatyny i dokładnie mieszaj przez około 2‑3 minuty. 3. Po rozpuszczeniu żelatyny rozlej mieszaninę do dwóch szalek Petriego i umieść w nich uprzednio odtłuszczone i oczyszczone próbki gwoździ.

RMQaFrBSQmi4j

(Uzupełnij).

Pokaż odpowiedź

Szalka nr 1.

RZjDDbAht30BF

Ilustracja

RLVP1Y2QE9Hq3

Ilustracja

R11UN4KwlZgrA

Ilustracja

Obserwacje: Pierwsze oznaki korozji występują prawie natychmiast - w pobliżu gwoździ roztwór zaczyna się zabarwiać na niebiesko i różowo.

Wnioski: Różowa barwa wskazuje miejsca, w których pojawiły się jony wodorotlenowe - są to tzw. obszary katodowe (dochodzi w nich do redukcji tlenu rozpuszczonego w wodzie):

$$\mathrm{Katoda} (+): {\mathrm{O}}_2+2 {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+4 {\mathrm{e}}^{-}\to 4 {\mathrm{OH}}^{-}$$

Zabarwienie niebieskie oraz zielone (produkty dalszych przemian jonów żelaza) wyznacza rejony, w których pojawiły się kationy ${\mathrm{Fe}}^{2+}$. Te rejony zwane są obszarami anodowymi - dochodzi w nich do utleniania i niszczenia metalu:

$$\mathrm{Anoda} (-): {\mathrm{Fe}}^0\to {\mathrm{Fe}}^{2+}+2 {\mathrm{e}}^{-}$$

Powierzchnia gwoździa połączonego z blaszką cynkową jest obszarem katodowym i nie ulega zniszczeniu. Jako metal aktywniejszy, cynk chroni żelazo i sam się roztwarza - powstały związek cynku ma białą barwę i jest słabo widoczny. Na powierzchni gwoździa połączonego z drutem miedzianym tworzą się niebieskozielone osady związków żelaza. Oznaczają one rejony wzmożonego niszczenia stali. Obszar katodowy (różowe zabarwienie) występuje natomiast w pobliżu miedzi, która jest metalem mniej aktywnym od żelaza.

Szalka nr 2.

R1Rj3IBYINjTp

Ilustracja

RVIRMkfql1XeL

Ilustracja

R1Z31RJyFGtsG

Ilustracja

Obserwacje: Zgięty gwóźdź koroduje w rejonie uszkodzenia (obszar anodowy). W pobliżu łebków możemy zauważyć różowo zabarwione obszary katodowe.

Wnioski: Wzmożona korozja uszkodzonych fragmentów stalowych gwoździ spowodowana jest lokalnym naruszeniem struktury metalu.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1987.

Bogdańska - Zarembina A., Matusewicz E. I., Matusewicz J., Chemia 1. Dla szkół średnich, Warszawa 1996.

Kaczyński J., Czaplicki A., Chemia ogólna, Warszawa 1974.

Litwin M., Styka – Wlazło S., Szymońska J., Chemia ogólna i nieorganiczna, Warszawa 2005.

Pazdro K. M., Chemia. Część 1. Podręcznik do kształcenia rozszerzonego w liceach, Warszawa 2013.