خوردگی چیست؟

برای خوردگی تعاریف مختلفی ارائه شده است. به عنوان مثال فونتانا[1] خوردگی را تخریب مواد در نتیجه ی واکنش با محیط پیرامونی دانسته و اوهلیگ[2] آن را یک حمله ی مخرب شیمیایی یا الکتروشیمیایی از طرف محیط به یک فلز تعریف نموده است.

در اکثر کاربردهای مهندسی که مقاومت شیمیایی بالایی مورد نیاز است، علاوه بر قیمت و رفتار مکانیکی ماده، مقاومت به خوردگی یکی از مهمترین فاکتورها بوده که خود متاثر از عوامل متالورژیکی می باشد. بطور مثال فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ در حالت حساس شده بوسیله اسید پلی تیونیک ظرف چند ساعت بشدت خورده میشود. عملا کلیه محیطها خورنده اند لکن قدرت خورندگی آنها متفاوت است.

بطور کلی مواد معدنی خورنده تر از مواد آلی میباشند. مثلا خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلرورسدیم،گوگرد،اسید سولفوریک و کلریدریک وآب است تا بخاطر روغن،نفت و بنزین.
درجه حرارت ها و فشارهای بالاتر معمولا باعث ایجاد شرایط خوردگی شدیدتری میگردند.

یک مهندس خوردگی بایستی با اصول خوردگی و روشهای جلوگیری آن،خواص شیمیایی ،متالورژیکی،فیزیکی و مکانیکی مواد ،آزمایشات خوردگی،ماهیت محیط های خورنده، قیمت مواد اولیه،نحوه ساخت و تولید،کامپیوتر و طراحی قطعات آشنا باشد.

یک سیستم خوردگی را می توان به عنوان یک مدار الکتروشیمیایی در نظر گرفت که در آن واکنش آندی، انحلال یون آهن در الکترولیت و واکنش کاتدی احیای آب، یون هیدروژن یا یون فلزات موجود در الکترولیت است. در زیر شماتیکی از فرآیند خوردگی فلز به همراه واکنش های آندی و کاتدی نشان داده شده است.

پدیده خوردگی معمولا با واکنش مستقیم فلز با محیطش رخ نمی دهد بلکه ناشی از واکنش های نیم سل-دوتایی الکتروشیمیایی می باشد.

·         نیم واکنش:

در یک نیم واکنش ، الکترون ها در یکی از جهت های واکنش قرار می گیرند:

اگر الکترون ها جز محصولات باشند (جهت راست واکنش)، به این نیم واکنش سلولی، نیم واکنش اکسیداسیون می گویند.

اگر الکترون ها جز واکنش دهنده ها باشند ( جهت چپ واکنش)، این نیم واکنش، نیم واکنش احیایی می باشد.

·         نیم واکنش آندی

کاهش وزن در واکنش آندی رخ می دهد که نمونه های آن در ذیل آمده است:

Fe(s) → Fe²⁺ (aq) + 2e^-

Al (s) → Al³⁺(aq) + 3e^-

2Cu (s) + H₂O (l) → Cu₂O(s) + 2H⁺(aq) + 2e^-

هر سه نوع این واکنش ها به دلایل زیر از نوع اکسیداسیون هستند :

1- افزایش عدد اکسیداسیون

2- تولید الکترون توسط واکنش

·         نیم واکنش کاتدی

در واکنش کاتدی:

1- کاهش عدد اکسیداسیون

2- الکترون ها توسط واکنش مصرف می شوند

مثالی در مورد واکنش کاتدی، احیا دو یون هیدروژن و تبدیل شدن به دو مول گاز هیدروژن می باشد.

2H⁺ (aq) + 2e^- → H₂(g)

این واکنش غالب در محیط های اسیدی می باشد. شکل زیر شماتیک واکنش احیایی فوق را نشان می دهد.

واکنش کاتدی معمول دیگر، احیا اکسیژن محلول به یون هیدروکسیل بوده که در محلول های بازی و خنثی رخ می دهد:

O₂(g) + 2H₂O +4e^- → 4OH^-

روی سطح فلزی، واکنش های آندی و کاتدی در مکان های مختلف رخ می دهد. شکل زیر، رفتار سطح آهنی غوطه ور در محیط محلول اسید را نشان می دهد. اتم های آهن به شکل Fe2+ وارد محلول شده، دو الکترون تولیدی توسط این نیم واکنش در جای دیگر روی سطح مصرف شده و دو یون هیدروژن را به مولکول H2 تبدیل می کند.

---

[1] Fontana

[2] Uhlig