Elektrokeemiline korrosioon (1)

Sissejuhatus
KORROSIOON - see nimetus tuleneb ladinakeelsest sõnast corrodere , mis tähendab puruks närimist. Seega korrosioon on metallide hävimine ümbritseva keskkonna toimel. Keemia keeles öelduna oksüdeeruvad metalli aatomid ümbritseva väliskeskkonna (õhk, vesi, erinevad gaasid, lahused jne.) toimel. Korrosioon on redoksprotsess , kus metallid on redutseerijad ise oksüdeerudes.
Igapäevaelus kohtame raudesemeid , mis on kaetud roosteplekkidega, punane vask on muutunud pruuniks või roheliseks ja hõbelusikad on muutunud mustaks ning kaotanud oma läike. Metallide muundumine kulgeb sageli väga kiiresti. Pruugib jätta märja rohu sisse läikiv raudese, kui juba mõne päeva pärast on esemele tekkinud pruunid roostelaigud. Aeglasemalt tuhmub läikiv vasepind. Korrosiooni puhul mõjutab metalli ümbritsev keskkond keemiliselt.
Korrosioon sõltub keskkonnast (õhus, vees, pinnases), mõjuteguritest ( mehaaniline pinge vedrudes, koormust kandvad terastrossid), temperatuurist (kõrgemal temperatuuril korrosioon kiireneb ), radioaktiivsest kiirgusest jm.
Elektrokeemiline korrosioon
Elektrokeemiline korrosioon ehk glavaaniline korrosioon on seotud glavaanielementide tekkega. See toimub siis, kui kaks erinevat metalli, näiteks raud ja vask on kontaktis elektrolüüdi lahusega.Glavaanielemendid tekivad ka tehnilistes metallides, mis sisaldavad lisandeid, samuti siis, kui tehniline metall puutub kokku elektrolüüdiga. Näiteks terases ja malmis on lisanditeks raudkarbiidi (Fe3C) või grafiidi kristallid .
Tekkinud glavaanielemendis on aktiivsem metall anooniks ja vähem aktiivsem – katoodiks. Metallide aktiivsust hinnatakse pingerea alusel. Lisandeid sisaldava metalli puhul on põhimetall tavaliselt anooniks raud ja katoodiks raudkarbiid või grafiit .
Elektrolüüt tekib metalli pinnale õhust. Kõikide metallide pinnale moodustub õhuniiskuse arvel üliõhuke, praktiliselt nähtamatu veekile. Selles veekiles lahustuvad õhust CO2, H2S,SO2, NO2 jt. Gaasid, mis reageerimisel veega moodustavad vastavaid happeid . Nende hapete lahused on glavaanielemendis elektrolüütideks. Elektrolüüdid on ka looduslikud ja tehaste heitveed.
Elektrokeemiline korrosioon käsitleb korrosiooniprotsessi, kui anoodi “lahustumisprotsessi”, s.t. aktiivsema metalli või põhimetalli aatomid loovutavad elektrone ja muutuvad positiivselt laetud ioonideks. Katoodil toimub olenevalt keskkonnast kas vesinikioonide, redutseerumine, mille puhul eraldub vesinik , või elektrolüüdi lahuses lahustunud hapnik redutseerub hüdroksiidioonideks:
2H+2e = H2, või 02+H2o+4e =4OH –
Käsitleme korrosiooniprotsessi, kus kontaktis on tsink ja raud. Niisugune olukord esineb raudpleki, vaskneedi või tsingitud pleki puhul, mida katab niiskuskiht.. Tsink on korrosioonikindel metall. Kui eseme pind on kohati rikutud ja all olev metall (Fe) paljastub, siis moodustub glavaanielement Zn-Fe, milles aktiivsem metall Zn korrodeerub. Raudpleki ja vaskneedi puhul on kahe metalli , Fe ja Cu vahel otsene kontakt. Kui tinatatud pleki pind on kraapimise või kriimustamise tõttu rikutud, moodustub seal hõlpsasti galvaanipaar Fe - Sn
Galvaanipaare elektrokeemilise korrosiooni korral iseloomustav tabel:
Tsingitud raudpleki pinnal (Zn - Fe) korrodeerub Zn.
Tinatatud raudpleki puhul (Fe - Sn) korrudeerub Fe.
Vaskneet ja raud (Fe - Cu) korrudeerub Fe.
Kõikidel  juhtudel  korrudeerub  metallide  pingereas  eespool   asuv  metall.
Korrosioon mõjutavad tegurid
Üheks levinumaks korrosiooniprotsessiks on raua roostetamine, see tähendab teras- või malmesemete kattumine roostekihiga. Rooste on küllalt keerukas ja olenevalt tingimustest ka erineva koostisega ainete segu, milles raudoksiidide ja vee vahekord on muutuv. Üldkujul võib rooste koostist avaldada järgmise valemiga :
pFeO * qFe2O3*rH2O.
Kuivas õhus raud ei roosteta , samuti ka vees, milles pole lahustunud hapnikku. Raua kokkupuutel veega, mis on kontaktis õhuga toimub raua korrosiooniprotsess kiiresti õhuhappiniku ja süsinikdioksiidi lahustumise tõttu vees. Korrosiooniprotsessid toimuvad intensiivselt ka merevees , milles sisalduvad kloriid- ja sulfaatioonid soodustavad korrodeerumist. Intensiivselmalt kulgevad korrosiooniprotsessid tööstuspiirkondades, kus õhus on rikkalikult CO2, SO2 ja lämmastikoksiide.
Elektroskeemilise korrosiooni tähtsamateks juhtudeks on korrosioon elektrolüütide lahustes. (soolade, hapete ja aluste lahustes, merevees ning mitmesugustes looduslikes vetes), õhus ja pinnases. Merevees on lahustunud mineraalsoolasid, gaase , orgaanilisi ühendeid, seal elab ka mitmesuguseid taimi ja loomi, kes oma elutegevusega avaldavad metallidele toimet. Korrosioon pinnases sõötub eeskätt pinnase füüsikalis- keemilistest omadustest. Väga korrodeeriva toimega on happelised mullad (eriti turba- ja soomullad) ,Tunduvalt vähemaktiivsed on liivmullad .
Korrosioonivastane kaitse
Korrosiooni vähendamiseks rakendatakse järgmisi võimalusi:
Korrosioonikindlad sulamid . Teras muutub korrosioonikindlaks legeerivate metallide mõjul. Kõige tuntum on kroomi sisaldav roostevaba teras.
Korrosioonikindlad metallkatted. Metalli pind kaetakse korrosioonikindlama metalliga. Kaitsekiht tekitatakse elektrolüütiliselt ( kroomimine , hõbetamine, nikeldamine, kuldamine, tinatamine, tsinkimine) või pihustamisel (alumineerimine).
Mittemetalsed kaitsekatted. Metalli välispind isoleeritakse ümbritsevast keskkonnast õli-, värvi-, laki- ja emailikihiga. Korrosioonikindlad on metallkeraamilised ja fosfaatkatted.
Korrosiooniinhibiitorid. Inhibiitorid aeglustavad korrosiooniprotsessi. Korrosiooni vähendava toimega on naatriumnitriti, naatriumkromaadi ja naatriumfosfaadi lahused, mida kantakse vesilahusena esemete pinnale või immutatakse nendega paber, millesse ese pakitakse.
Protektorkaitse . Protektorkaitse puhul kinnitatakse korrodeeruva metalli külge aktiivsemast metallist plaadike: moodustub galvaanielement , milles korrodeerub aktiivsem metall. Sel juhul metallplaat korrodeerub, põhimetall aga säilib. Protektorkaitset rakendatakse näiteks laevakerede kaitseks: rauast laevakerele kinnitatakse Zn - protektor
Kasutatud kirjandus

H. Karik ”Üldine keemia” Tallinn ”Valgus” 1981 Lk: 142-151

„Üldise keemia praktikum “ Tallinn „Valgus“ 1980 Lk: 146

Heiki Timotheus „Praktiline keemia“ „ Avita “ 1999 Lk 262-263

http://www.miksike.ee/docs/elehed/9klass/metallid_mittemetallid/9-1-14-1.ht m

http://web.zone.ee/rauatyy/METALLID/yldteavetmetallidest_5.html

http://et.wikipedia.org/wiki/Kasutaja:Iffcool/Keemilised_elemendid
Sisukord
1.Korrosioon
2.Elektrokeemiline korrosioon
3.Galvaanipaare elektrokeemilise korrosiooni korral iseloomustav tabel
4.Korrosiooni mõjutavad tegurid
5.Korrosioonivastane kaitse
6.Kasutatud kirjandus
7.Sisukord
7