Przeczytaj
Dlaczego Statua Wolności zzieleniała?
Statua Wolności, jak wiele innych pomników na świecie, jest pokryta miedzią. Pod wpływem warunków atmosferycznych (tlenu i/lub wilgoci), na powierzchni miedzi zachodzi wiele reakcji chemicznych, które zmieniają jej pierwotny wygląd. Prócz czystej miedzi metalicznej tym samym procesom ulegają również przedmioty wykonane ze stopów miedzi, np. spiżuspiżu czy brązubrązu. Pojawia się na nich zielona powłoka, patyna, w skład której wchodzą głównie zasadowe węglanyzasadowe węglany, chroniące metal przed dalszym działaniem czynników atmosferycznych. Zjawisko pokrywania się metalu szczelną warstwą związków chemicznych nazywane jest pasywacjąpasywacją.

W przypadku miedzi, proces pasywacji przebiega w atmosferze powietrza w sposób samorzutny i trwa nawet kilkadziesiąt lat. W wielu przypadkach patyna stanowi ozdobę, której kolor jest ceniony przez architektów. Bywa, że konserwatorzy przy restauracji dzieł sztuki, np. miedzianych dachów, są zobowiązani do wcielenia procesów, które mają sztucznie przyspieszyć pokrywanie ich patyną. Warto prześledzić krok po kroku reakcje chemiczne prowadzące do wytworzenia patyny.
W pierwszym etapie miedź jest utleniana tlenem atmosferycznym do tlenku miedzi() o czerwonym zabarwieniu.
Następnie powstały tlenek miedzi() () utlenia się do tlenku miedzi() () o czarnym kolorze.
Powstające tlenki mogą reagować ze związkami siarki zawartymi w zanieczyszczonym powietrzu, tworząc siarczek miedzi() .
Z biegiem czasu i CuS powoli reagują z zawartymi w powietrzu tlenkiem węgla() , tlenkiem siarki() oraz z wodą. W wyniku zachodzących reakcji powstają związki, które tworzą patynę.
Znajomość zaprezentowanych powyżej reakcji pozwala zrozumieć powody występowania zielonego nalotu na dachach zabytkowych budowli, jak na ilustracji poniżej.

Patyna (śniedź, grynszpan szlachetny) – zielony trwały nalot na dachu Zamku Krolewskiego na Wawelu to produkt działania powietrza i wody na miedź. Składnikiem patyny jest głównie węglan diwodorotlenek dimiedzi(II) – .
Czy jedynie miedź ulega pasywacji? Jakie czynniki decydują o zachodzeniu tego zjawiska?
Większość metali w warunkach atmosferycznych ulega pasywacji. Powstająca warstwa pasywna, zależnie od typu metalu, wykazuje różną odporność na działanie czynników chemicznych. Do metali, których warstwa pasywna wykazuje największą odporność, należą , , , , , .
Z uwagi na zachodzący na powierzchni chromu oraz niklu samorzutny proces pasywacji, metale te są stosowane jako główne dodatki do stali nierdzewnejstali nierdzewnej. Na powierzchni stali nierdzewnej bogatej w chrom, powstaje w sposób naturalny i natychmiastowy warstwa tlenku (warstwa pasywna), która zapobiega dalszemu procesowi utleniania. Schemat mechanizmu tego procesu, zwanego pasywacją samorzutnąpasywacją samorzutną, przedstawiono poniżej.

Pod wpływem tlenu, na powierzchni stali chromowej tworzy się tlenek chromu(III) Cr2O3, który pokrywa stal szczelną warstwą ochronną. W pobliżu powierzchni stali zawartość chromu maleje – tworzy się strefa zubożała w chrom. Grafika przedstawia mechanizm w uproszczeniu, nie uwzględnia obecności innych pierwiastków stali oraz pomija rozmiary poszczególnych atomów.

W wyniku mechanicznego uszkodzenia, warstwa ochronna ulega oderwaniu (depasywacja). Odbudowa warstwy pasywnej, jaką jest Cr2O3, zachodzi pod wpływem tlenu (repasywacja).
Pasywację można określić nie tylko jako „uodparnianie się” metalu na działanie czynników atmosferycznych, ale także na działanie kwasów utleniających. Glin reaguje ze stężonym kwasem azotowym(), tworząc powłokę tlenku glinu :
W wyniku wytworzenia warstwy pasywnej następuje zahamowanie reakcji metalu z kwasem. Pasywacja glinu zachodzi na zimno, na gorąco zachodzi reakcja chemiczna z wytworzeniem soli.
Glin może reagować z roztworami innych kwasów, ale nie towarzyszy temu pasywacja.
Żelazo i stalstal ulegają pasywacji na zimno w stężonym kwasie azotowym() i stężonym kwasie siarkowym() przeprowadzona na gorąco ze stężonym kwasem azotowym() lub stężonym kwasem siarkowym(), wówczas żelazo ulegnie roztworzeniu. Z kolei w rozcieńczonym kwasie azotowym() pasywacja żelaza nie zachodzi i można zaobserwować roztwarzanie metalu.
Pasywacja jest procesem pożądanym, ponieważ chroni metal przed dalszym utlenianiem. Dzięki niej metal pokrywa się pasywnym, biernym chemicznie związkiem (lub mieszaniną związków chemicznych), który stanowi barierę ochronną dla metalu.
Słownik
substancja złożona z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych, w których przynajmniej jeden z nich jest metalem i przeważa ilościowo
pasywowanie; proces chemiczny lub elektrochemiczny, polega na „uodparnianiu się” metalu na działanie kwasu utleniającego (lub innego utleniającego czynnika), przez wytworzenie szczelnej warstwy ochronnej, która składa się z tlenków i innych związków
pasywacja zachodząca bez ingerencji człowieka, na skutek reakcji w środowisku
stop żelaza z węglem, uzyskany na skutek obróbki plastycznej i cieplnej, zawierający do 2,11% węgla oraz inne pierwiastki dodane w celu zmiany właściwości stali lub będące zanieczyszczeniami
określa zdolność danej substancji do wejścia w reakcję chemiczną z inną substancją
stop miedzi z cyną o zawartości procentowej miedzi w granicach 80–90% wagowych
stop miedzi z cyną (do 11%), cynkiem (2–7%) i ołowiem (2–6%)
typ stali, która jest odporna na korozję i rdzewienie; otrzymywana w wyniku wzbogacania stali chromem
proces niszczenia materiałów, zachodzący pod wpływem reakcji chemicznych lub elektrochemicznych przebiegających na granicy ze środowiskiem zewnętrznym
sole nieorganiczne kwasu węglowego, które – oprócz reszty kwasowej i kationu metalu – zawierają dodatkowe grupy hydroksylowe; przykładem może być węglan diwodorotlenek dimiedzi()
Bibliografia
Atkins P., Jones L., Chemia ogólna: cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2004.
Baszkiewicz J., Kamiński M., Korozja materiałów, Warszawa 2006.
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, . 1‑2, Warszawa 2010.
Czerwiński A., Czerwińska A., Jeziorna M., Kańska M., Chemia 3, Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego, Warszawa 2004.
Encyklopedia PWN
Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., Sułkowski W., Chemia 1. Podręcznik i zbiór zadań w jednym, Warszawa 2003.
Klinow I. J., Korozja i tworzywa konstrukcyjne, Warszawa 1964.
Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J.,To jest chemia 1, Warszawa 2013.
Pazdro K., Zbiór zadań z chemii dla szkół ponadgimnazjalnych, Warszawa 2003.
Sołtys Z., Chemia nieorganiczna dla techników, Warszawa 1970.