რატომ ჟანგდება ალუმინი უფრო ადვილად, ვიდრე რკინა?

ლითონის კოროზიის განხილვისას, ბევრი ფიქრობს, რომ რკინა უფრო სწრაფად ჟანგდება, ვიდრე ალუმინი - ბოლოს და ბოლოს, რკინის საგნები, როგორიცაა ძველი ლურსმნები ან ბაღის ხელსაწყოები, სწრაფად უვითარდებათ ქერცლიანი, მოყავისფრო-მოყავისფრო ჟანგი, ხოლო ალუმინის პროდუქტები (როგორიცაა სოდიანი ქილა ან ფანჯრის ჩარჩოები), როგორც ჩანს, წლების განმავლობაში ბზინვარდება. თუმცა, ქიმიური თვალსაზრისით, ალუმინი უფრო ადვილად ჟანგდება (კოროზირდება), ვიდრე რკინა. დაბნეულობა წარმოიქმნება ალუმინის კოროზიის პროდუქტის უნიკალური ბუნებიდან, რაც აძლევს მას მაღალ გრძელვადიან დაცვას რკინასთან შედარებით. ამ პარადოქსის გასაგებად, ჩვენ უნდა დავამსხვრიოთ ლითონის დაჟანგვის მეცნიერება, შევადაროთ ალუმინის და რკინის რეაქციები ჟანგბადთან და გამოვიკვლიოთ, რატომ განსხვავდება მათი დაჟანგვის შედეგები ასე მკვეთრად.

1. მეცნიერება 'ჟანგის' შესახებ: დაჟანგვა, როგორც ბუნებრივი პროცესი

დაჟანგვის სიჩქარე დამოკიდებულია ლითონის 'რეაქტიულობაზე' - საზომი იმისა, თუ რამდენად ადვილად გადასცემს ის ელექტრონებს სხვა ნივთიერებებს (როგორიცაა ჟანგბადი). პერიოდულ სისტემაზე ლითონები რეაქტიულობის მიხედვით ფასდება: კალიუმი და ნატრიუმი ძალიან რეაქტიულია (ისინი მყისიერად იჟანგება წყალში), ხოლო ოქრო და პლატინა არარეაქტიულია (იშვიათად კოროზირდება). ალუმინი და რკინა შუაში ვარდება, მაგრამ ალუმინი მნიშვნელოვნად უფრო რეაქტიულია, ვიდრე რკინა. ეს უფრო მაღალი რეაქტიულობა ნიშნავს, რომ ალუმინის ატომებს აქვთ ჟანგბადთან კავშირის უფრო ძლიერი ტენდენცია, რაც იწვევს უფრო სწრაფ საწყის დაჟანგვას.

2. ალუმინი უფრო სწრაფად იჟანგება: რეაქტიულობა სცემს რკინას

ალუმინის უფრო მაღალი რეაქტიულობა არის მთავარი მიზეზი იმისა, რომ ის უფრო ადვილად ჟანგდება, ვიდრე რკინა. აი რატომ:

პირიქით, რკინა უფრო ნელა რეაგირებს ჟანგბადთან. ახალი რკინის ლურსმანი შეიძლება დარჩეს მშრალ ჰაერში საათის განმავლობაში, ხოლო ტენიან პირობებშიც კი, ხილულ ჟანგს (რკინის ოქსიდი, Fe2O3·nH2O) საათები ან დღეები სჭირდება. ეს უფრო ნელი საწყისი რეაქციაა იმის გამო, რომ რკინა თავიდან ნაკლებად მიდრეკილია ჟანგისკენ - მაგრამ მისი ოქსიდის ფენა არ იძლევა ხანგრძლივ დაცვას, რაც დროთა განმავლობაში უარეს ზიანს აყენებს.

3. დამცავი 'უხილავი ფარი': რატომ არ ანადგურებს მას ალუმინის ჟანგი

თუ ალუმინი უფრო სწრაფად იჟანგება, რატომ არ იშლება ჟანგიანი რკინავით? პასუხი მდგომარეობს ალუმინის ოქსიდის (Al2O3) სტრუქტურასა და თვისებებში, 'ჟანგი', რომელიც წარმოიქმნება ალუმინზე. რკინის ოქსიდისგან განსხვავებით, რომელიც არის ფოროვანი, ქერცლიანი და დესტრუქციული, ალუმინის ოქსიდი ქმნის თხელ, მკვრივ და გაუმტარ ფენას, რომელიც მოქმედებს როგორც ბარიერი შემდგომი კოროზიისგან.

როგორ მუშაობს ალუმინის ოქსიდის ფენა:

სიმკვრივე და სიმკვრივე

 როდესაც ალუმინი იჟანგება, ის ქმნის ალუმინის ოქსიდის ფენას, რომლის სისქე მხოლოდ 2-3 ნანომეტრია (დაახლოებით 1/100000 ადამიანის თმის სისქეზე). ეს ფენა იმდენად თხელია, რომ შეუიარაღებელი თვალით უხილავია, რის გამოც ალუმინი ბზინვარებას ინარჩუნებს. რაც მთავარია, ის მჭიდროდ არის შეფუთული (ამორფული ან კრისტალური, პირობებიდან გამომდინარე) და არ აქვს ხარვეზები - ჟანგბადი და წყალი ვერ შეაღწევს მასში, რათა მიაღწიოს ახალ ალუმინს.

თვითგანკურნების უნარი

თუ ოქსიდის ფენა ნაკაწრია ან დაზიანებულია (მაგ., მუწუკის ან ნაკაწრისგან), ნაკაწრის ადგილზე გამოფენილი ახალი ალუმინი მაშინვე რეაგირებს ჟანგბადთან ახალი ალუმინის ოქსიდის წარმოქმნით. რამდენიმე წამში, ნაკაწრი ილუქება ახალი დამცავი ფენით, რაც ხელს უშლის შემდგომ კოროზიას.

რკინის ოქსიდი, პირიქით, კატასტროფაა ლითონისთვის

ფორიანობა და ქერტლი

 ჟანგი (რკინის ოქსიდი) არის ფხვიერი, ფოროვანი მასალა, რომელიც მჭიდროდ არ ებმება რკინის ზედაპირს. წყალი და ჟანგბადი ჟონავს ჟანგის ფენის უფსკრულიდან და აგრძელებს რეაქციას რკინით ქვემოთ. რაც უფრო მეტი ჟანგი წარმოიქმნება, ის ფართოვდება (6-7-ჯერ მეტ მოცულობას იკავებს, ვიდრე ორიგინალური რკინა), რის შედეგადაც ჟანგი იშლება და გამოაშკარავდება ახალი ლითონი. ეს ქმნის უწყვეტი კოროზიის ციკლს - ჟანგი უფრო მეტ ჟანგს წარმოშობს, სანამ რკინის ობიექტი არ იშლება.

არავითარი თვითდაცვა

ალუმინის ოქსიდისგან განსხვავებით, რკინის ოქსიდს არ შეუძლია საკუთარი თავის აღდგენა. ნაკაწრის ან ჩიპის წარმოქმნის შემდეგ, რკინა უფრო სწრაფად ჟანგდება, რადგან ტენიანობას და ჟანგბადს აქვს პირდაპირი წვდომა დაუცველ ლითონზე.

4. რეალურ სამყაროში მტკიცებულება: ალუმინის გამძლეობა ყოველდღიურ გამოყენებაში

კონტრასტი ალუმინისა და რკინის კოროზიის ქცევას შორის ჩანს ყოველდღიურ ცხოვრებაში:

დასკვნა: ალუმინი უფრო სწრაფად ჟანგდება, მაგრამ უფრო დიდხანს ძლებს

იდეა, რომ 'ალუმინი უფრო ადვილად ჟანგდება, ვიდრე რკინა' არ არის მითი - ეს ქიმიური ფაქტია, რომელიც დაფუძნებულია ალუმინის მაღალ რეაქტიულობასა და უფრო სწრაფ დაჟანგვაში. თუმცა, ალუმინის უნიკალური ოქსიდის ფენა აქცევს ამ 'სისუსტეს' სიძლიერეს: სანამ ის სწრაფად ჟანგდება ზედაპირზე, მკვრივი, თვითშემხორცებელი ოქსიდის ფარი ხელს უშლის შემდგომ კოროზიას, რაც გრძელვადიან პერსპექტივაში ალუმინს გაცილებით გამძლეს ხდის, ვიდრე რკინა.

ეს არის ის თვისება, რის გამოც ალუმინი არის არჩევის მასალა აპლიკაციებისთვის, სადაც მნიშვნელოვანია კოროზიის წინააღმდეგობა - კარადის კარების ვინირებიდან და სამზარეულოს ჭურჭლიდან დაწყებული თვითმფრინავის ნაწილებით და გარე სტრუქტურებით. ეს არის შესანიშნავი მაგალითი იმისა, თუ როგორ შეგვიძლია მასალების მეცნიერების გაგება დაგვეხმაროს იმის გაგებაში, თუ რატომ მოქმედებენ ზოგიერთი ლითონი სხვებზე უკეთესად, მაშინაც კი, როდესაც მათი საწყისი ქცევა არაინტუიციურად გამოიყურება.