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. spiżuspiżspiżu czy brązubrązbrązu. Pojawia się na nich zielona powłoka, patyna, w skład której wchodzą głównie zasadowe węglanyzasadowe węglanyzasadowe węglany, chroniące metal przed dalszym działaniem czynników atmosferycznych. Zjawisko pokrywania się metalu szczelną warstwą związków chemicznych nazywane jest pasywacjąpasywacjapasywacją.

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($\text{I}$) o czerwonym zabarwieniu.

Następnie powstały tlenek miedzi($\text{I}$) (${\text{Cu}}_2\text{O}$) utlenia się do tlenku miedzi($\text{II}$) ($\text{CuO}$) o czarnym kolorze.

Powstające tlenki mogą reagować ze związkami siarki zawartymi w zanieczyszczonym powietrzu, tworząc siarczek miedzi($\text{II}$) $\text{CuS}$.

Z biegiem czasu $\text{CuO}$ i CuS powoli reagują z zawartymi w powietrzu tlenkiem węgla($\text{VI}$) ${\text{CO}}_2$, tlenkiem siarki($\text{VI}$) ${\text{SO}}_3$ 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.

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 $\text{Al}$, $\text{Cr}$, $\text{Ni}$, $\text{Ti}$, $\text{Mo}$, $\text{Ta}$.

Z uwagi na zachodzący na powierzchni chromu oraz niklu samorzutny proces pasywacji, metale te są stosowane jako główne dodatki do stali nierdzewnejstal nierdzewnastali 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 samorzutnąsamorzutna pasywacjapasywacją samorzutną, przedstawiono poniżej.

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($\text{V}$), tworząc powłokę tlenku glinu ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$:

W wyniku wytworzenia warstwy pasywnej następuje zahamowanie reakcji metalu z kwasem. Pasywacja glinu zachodzi na zimno, na gorąco zachodzi reakcja chemiczna z wytworzeniem soli.

Żelazo i stalstalstal ulegają pasywacji na zimno w stężonym kwasie azotowym($\text{V}$) ${\text{HNO}}_3$ i  stężonym kwasie siarkowym($\text{VI}$) ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ przeprowadzona na gorąco ze stężonym kwasem azotowym($\text{V}$) lub stężonym kwasem siarkowym($\text{VI}$), wówczas żelazo ulegnie roztworzeniu. Z kolei w rozcieńczonym kwasie azotowym($\text{V}$) ${\text{HNO}}_3$ 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

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.