การกัดกร่อนกับการเกิดสนิม
การกัดกร่อนและการเกิดสนิมเป็นกระบวนการทางเคมีสองขั้นตอน ซึ่งส่งผลให้วัสดุเกิดการแตกตัว
การกัดกร่อน
เมื่อวัสดุทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมภายนอก เมื่อเวลาผ่านไป โครงสร้างจะเสื่อมโทรมและแตกเป็นชิ้นเล็กๆ ในที่สุดก็สามารถแตกตัวเป็นระดับอะตอมได้ สิ่งนี้เรียกว่าการกัดกร่อน ส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นกับโลหะ เมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอก โลหะจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับออกซิเจนในบรรยากาศ นอกจากโลหะแล้ว วัสดุอย่างเช่น โพลีเมอร์ เซรามิก ก็สามารถแตกตัวได้เช่นกันอย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้เรียกว่าความเสื่อมโทรม ปัจจัยภายนอกที่ทำให้โลหะกัดกร่อน ได้แก่ น้ำ กรด ด่าง เกลือ น้ำมัน และสารเคมีที่เป็นของแข็งและของเหลวอื่นๆ นอกเหนือจากนี้ โลหะจะกัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับวัสดุที่เป็นก๊าซ เช่น ไอระเหยของกรด ก๊าซฟอร์มัลดีไฮด์ ก๊าซแอมโมเนีย และก๊าซที่มีกำมะถัน พื้นฐานของกระบวนการกัดกร่อนคือปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ในโลหะที่เกิดการกัดกร่อน จะเกิดปฏิกิริยา cathodic และ anodic เมื่ออะตอมของโลหะสัมผัสกับน้ำ พวกมันจะปล่อยอิเล็กตรอนเป็นโมเลกุลออกซิเจนและก่อตัวเป็นไอออนของโลหะที่เป็นบวก นี่คือปฏิกิริยาขั้วบวก อิเล็กตรอนที่ผลิตขึ้นจะถูกใช้โดยปฏิกิริยาแคโทดิก สถานที่สองแห่งที่เกิดปฏิกิริยาแคโทดิกและปฏิกิริยาขั้วบวกสามารถอยู่ใกล้กันหรือห่างกันขึ้นอยู่กับสถานการณ์ วัสดุบางชนิดมีความทนทานต่อการกัดกร่อน ในขณะที่วัสดุบางชนิดมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม วิธีการบางอย่างสามารถป้องกันการกัดกร่อนได้ การเคลือบผิวเป็นหนึ่งในวิธีการป้องกันวัสดุจากการกัดกร่อนซึ่งรวมถึงการทาสี การชุบ การลงอีนาเมล ฯลฯ
เกิดสนิม
การเกิดสนิมเป็นกระบวนการทางเคมี ซึ่งพบได้ทั่วไปในโลหะที่มีธาตุเหล็ก กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นเมื่อมีเหล็ก เรียกว่าการเกิดสนิม การเกิดสนิมควรมีเงื่อนไขบางประการ ในที่ที่มีออกซิเจนและความชื้นหรือน้ำ เหล็กจะผ่านปฏิกิริยานี้และก่อตัวเป็นชุดของเหล็กออกไซด์ สารประกอบสีน้ำตาลแดงนี้เรียกว่าสนิม ดังนั้นสนิมจึงมีเหล็กไฮเดรต (III) ออกไซด์ Fe2O3·nH2O และธาตุเหล็ก (III) ออกไซด์-ไฮดรอกไซด์ (FeO(OH), Fe(OH)3). ถ้าเกิดสนิมขึ้นที่เดียว ในที่สุดก็จะลาม และโลหะทั้งหมดจะสลายตัว ไม่เพียงแต่เหล็ก แต่โลหะที่มีเหล็ก (โลหะผสม) ก็เกิดสนิมเช่นกัน
การเกิดสนิมเริ่มต้นด้วยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากเหล็กไปเป็นออกซิเจน อะตอมของเหล็กถ่ายเทอิเล็กตรอน 2 ตัวและเกิดเป็นไอออนของเหล็ก (II) ดังนี้
Fe → Fe2+ + 2 e−
ออกซิเจนก่อตัวเป็นไฮดรอกไซด์ไอออนโดยรับอิเล็กตรอนในที่ที่มีน้ำ
O2 + 4 e– + 2 H2O → 4 OH –
ปฏิกิริยาข้างต้นจะถูกเร่งเมื่อมีกรด นอกจากนี้ เมื่อมีอิเล็กโทรไลต์ เช่น เกลือ ปฏิกิริยาก็จะเพิ่มขึ้นอีก สนิมประกอบด้วยไอออนของเหล็ก (III) ดังนั้น Fe2+ เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์เพื่อให้ Fe3+ ดังต่อไปนี้
4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O 2−
Fe3+ และ Fe2+ ทำปฏิกิริยากับน้ำตามปฏิกิริยาของกรดเบส
Fe2+ + 2 H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+
ในที่สุด เหล็กออกไซด์ไฮเดรตจะก่อตัวเป็นสนิม
Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O
Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O
การกัดกร่อนและการเกิดสนิมต่างกันอย่างไร
• การเกิดสนิมคือการกัดกร่อนชนิดหนึ่ง
• เมื่อเหล็กหรือวัสดุที่มีเหล็กเกิดการกัดกร่อน จะเรียกว่าการเกิดสนิม
• การเกิดสนิมทำให้เกิดชุดของเหล็กออกไซด์ ในขณะที่การกัดกร่อนอาจส่งผลให้เกิดเกลือหรือออกไซด์ของโลหะ