Pse alumini ndryshket më lehtë se hekuri?

Kur diskutohet për korrozionin e metaleve, shumë njerëz supozojnë se hekuri ndryshket më shpejt se alumini - në fund të fundit, objektet e hekurit si gozhdat e vjetra ose veglat e kopshtit shpejt zhvillojnë ndryshk të krisur, kafe-kuqe, ndërsa produktet e aluminit (të tilla si kanaçe sode ose kornizat e dritareve) duket se qëndrojnë me shkëlqim për vite me rradhë. Megjithatë, nga pikëpamja kimike, alumini në fakt ndryshket (gërryhet) më lehtë se hekuri. Konfuzioni lind nga natyra unike e produktit të korrozionit të aluminit, i cili i jep atij mbrojtje afatgjatë në krahasim me hekurin. Për të kuptuar këtë paradoks, ne duhet të zbërthejmë shkencën e oksidimit të metaleve, të krahasojmë reagimet e aluminit dhe hekurit me oksigjenin dhe të eksplorojmë pse rezultatet e tyre të ndryshkjes ndryshojnë kaq dramatikisht.

1.Shkenca e 'ndryshkjes': Oksidimi si një proces natyror

Shpejtësia e oksidimit varet nga 'reaktiviteti' i një metali - një masë se sa lehtë dhuron elektrone substancave të tjera (si oksigjeni). Në tabelën periodike, metalet renditen sipas reaktivitetit: kaliumi dhe natriumi janë shumë reaktivë (ato oksidohen menjëherë në ujë), ndërsa ari dhe platini janë joreaktivë (ato rrallë gërryhen). Alumini dhe hekuri bien në mes, por alumini është dukshëm më reaktiv se hekuri. Ky reaktivitet më i lartë do të thotë që atomet e aluminit kanë një tendencë më të fortë për t'u lidhur me oksigjenin, duke çuar në oksidim fillestar më të shpejtë.

2. Alumini oksidohet më shpejt: reaktiviteti mund hekurin

Reaktiviteti më i lartë i aluminit është arsyeja kryesore që ai ndryshket më lehtë se hekuri. Ja pse:

Përkundrazi, hekuri reagon më ngadalë me oksigjenin. Një gozhdë e re hekuri mund të qëndrojë e ndritshme për orë të tëra në ajër të thatë, madje edhe në kushte me lagështi, ndryshku i dukshëm (oksidi i hekurit, Fe2O3·nH2O) kërkon orë ose ditë për t'u formuar. Ky reagim fillestar më i ngadaltë është arsyeja pse hekuri duket më pak i prirur ndaj ndryshkjes në fillim - por shtresa e tij oksidore nuk ofron mbrojtje afatgjatë, duke çuar në dëmtime më të mëdha me kalimin e kohës.

3. 'Mburoja e padukshme' mbrojtëse: Pse ndryshku i aluminit nuk e shkatërron atë

Nëse alumini oksidohet më shpejt, pse nuk shpërbëhet si hekur i ndryshkur? Përgjigja qëndron në strukturën dhe vetitë e oksidit të aluminit (Al2O3), 'ndryshk' që formohet në alumin. Ndryshe nga oksidi i hekurit, i cili është poroz, i krisur dhe shkatërrues, oksidi i aluminit krijon një shtresë të hollë, të dendur dhe të padepërtueshme që vepron si një pengesë kundër korrozionit të mëtejshëm.

Si funksionon shtresa e oksidit të aluminit:

Hollësia dhe dendësia

 Kur alumini oksidohet, ai formon një shtresë oksidi alumini që është vetëm 2-3 nanometra e trashë (rreth 1/100,000 trashësia e flokëve të njeriut). Kjo shtresë është aq e hollë sa është e padukshme për syrin e lirë, duke e mbajtur aluminin të duket me shkëlqim. Më e rëndësishmja, ajo është e mbushur fort (amorf ose kristalor, në varësi të kushteve) dhe nuk ka boshllëqe - oksigjeni dhe uji nuk mund të depërtojnë në të për të arritur aluminin e freskët poshtë.

Aftësia vetë-shëruese

Nëse shtresa e oksidit gërvishtet ose dëmtohet (p.sh. nga një përplasje ose gërvishtje), alumini i freskët i ekspozuar në vendin e gërvishtjes reagon menjëherë me oksigjenin për të formuar oksid të ri alumini. Brenda pak sekondash, gërvishtja mbyllet me një shtresë të re mbrojtëse, duke parandaluar korrozionin e mëtejshëm.

Oksidi i hekurit, përkundrazi, është një fatkeqësi për metalin

Porozitet dhe krisje

 Ndryshku (oksidi i hekurit) është një material i lirshëm, poroz që nuk lidhet fort me sipërfaqen e hekurit. Uji dhe oksigjeni depërtojnë nëpër boshllëqet në shtresën e ndryshkut, duke vazhduar të reagojnë me hekurin poshtë. Ndërsa formohet më shumë ndryshk, ai zgjerohet (duke zënë 6-7 herë më shumë vëllim se hekuri origjinal), duke bërë që ndryshku të shkërmoqet dhe të ekspozojë metalin e freskët. Kjo krijon një cikël korrozioni të vazhdueshëm - ndryshku krijon më shumë ndryshk, derisa objekti i hekurit të shkërmoqet.

Asnjë Vetëmbrojtje

Ndryshe nga oksidi i aluminit, oksidi i hekurit nuk mund të riparohet vetë. Sapo të ndodhë një gërvishtje ose çip, hekuri i poshtëm ndryshket edhe më shpejt, pasi lagështia dhe oksigjeni kanë qasje të drejtpërdrejtë në metalin e pambrojtur.

4. Prova në botën reale: Qëndrueshmëria e aluminit në përdorimin e përditshëm

Kontrasti midis sjelljes së korrozionit të aluminit dhe hekurit është i dukshëm në jetën e përditshme:

Përfundim: Alumini ndryshket më shpejt, por zgjat më shumë

Ideja se 'alumini ndryshket më lehtë se hekuri' nuk është një mit - është një fakt kimik, i rrënjosur në reaktivitetin më të lartë të aluminit dhe oksidimin më të shpejtë. Megjithatë, shtresa unike e oksidit të aluminit e kthen këtë 'dobësi' në një forcë: ndërsa ndryshket shpejt në sipërfaqe, mburoja e dendur e oksidit vetë-shëruese parandalon korrozionin e mëtejshëm, duke e bërë aluminin shumë më të qëndrueshëm se hekuri në planin afatgjatë.

Kjo është arsyeja pse alumini është materiali i zgjedhur për aplikimet ku rezistenca ndaj korrozionit ka rëndësi - nga fasetat e dyerve të kabinetit dhe enët e kuzhinës deri te pjesët e avionëve dhe strukturat e jashtme. Është një shembull i përsosur se si të kuptuarit e shkencës së materialeve mund të na ndihmojë të kuptojmë pse disa metale funksionojnë më mirë se të tjerët, edhe kur sjellja e tyre fillestare duket kundërintuitive.