مقدمه
در زندگی روزمره، همه ما با پدیده‌ای به نام زنگ‌زدگی یا خوردگی مواجه شده‌ایم. خوردگی فرآیندی شیمیایی و ناخواسته است که طی آن، فلزات در اثر واکنش با محیط اطراف‌شان (مانند آب، هوا و مواد شیمیایی)، اکسید شده و خواص اولیه خود را از دست می‌دهند. این پدیده نوعی واکنش ردوکس (اکسایش-کاهش) است که منجر به تخریب تدریجی فلزات می‌شود.
خوردگی به عنوان یک واکنش اکسایش کاهش (ردوکس)
در خوردگی، فلز به‌صورت خودبه‌خود الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و ماده‌ای دیگر (معمولاً اکسیژن محلول در آب) الکترون دریافت می‌کند (کاهش). بنابراین خوردگی را می‌توان یک سلول گالوانی ناخواسته دانست که انرژی شیمیایی را بدون استفاده مفید، از دست می‌دهد.
مثال کلاسیک: زنگ‌زدگی آهن
وقتی آهن در حضور آب و اکسیژن قرار می‌گیرد، واکنش‌های زیر اتفاق می‌افتند:
واکنش در آند (اکسایش):
⁻Fe → Fe²⁺ + 2e
واکنش در کاتد (کاهش):
O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O
(در محیط خنثی یا قلیایی: ⁻O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH)
تشکیل زنگ آهن:
Fe²⁺ + OH⁻ → Fe(OH)₂
Fe(OH)₂ در حضور اکسیژن به Fe₂O₃·xH₂O (زنگ آهن قهوه‌ای رنگ) تبدیل می‌شود.
انواع خوردگی
| نوع خوردگی | توضیح |
|---|---|
| یکنواخت (Uniform) | سطح فلز به‌طور یکنواخت خورده می‌شود. |
| موضعی (Pitting) | نقاط خاصی از سطح به‌صورت شدیدتر تخریب می‌شود. |
| گالوانی (Galvanic) | زمانی رخ می‌دهد که دو فلز متفاوت در تماس با یکدیگر و الکترولیت قرار بگیرند. |
| ترک ناشی از تنش خوردگی | در اثر تنش مکانیکی و محیط خورنده رخ می‌دهد. |
عوامل موثر در خوردگی
- حضور رطوبت یا آب
- وجود یون‌های خورنده مانند Cl⁻
- pH محیط (محیط‌های اسیدی تشدیدکننده‌اند)
- دمای بالا
وجود ناخالصی‌ها یا گالوانیزه نبودن فلزات
راه‌های جلوگیری از خوردگی
پوشش‌دهی فلزات: استفاده از رنگ، پلاستیک یا فلزات مقاوم (مثل روی یا کروم)
گالوانیزه کردن: پوشش روی بر سطح آهن برای حفاظت کاتدی
استفاده از آلیاژها: مثلاً فولاد ضد زنگ
محیط کنترل‌شده: کنترل رطوبت و گازهای خورنده در محیط
حفاظت کاتدی: اتصال فلز به آندی از فلز فعال‌تر برای قربانی شدن
خوردگی و هزینه‌های اقتصادی
خوردگی سالانه میلیاردها دلار هزینه به صنایع و کشورها تحمیل می‌کند. صنایع نفت و گاز، خودرو، ساختمان و پل‌سازی همگی تحت تأثیر این پدیده قرار دارند و کنترل آن، یکی از اولویت‌های مهندسی و مواد است.
جمع‌بندی
خوردگی یک واکنش ردوکس ناخواسته است که در آن فلز اکسید می‌شود و به مرور زمان خواص خود را از دست می‌دهد. شناخت واکنش‌های شیمیایی دخیل در خوردگی، به ما کمک می‌کند تا با استفاده از روش‌های علمی از تخریب سازه‌ها و تجهیزات جلوگیری کنیم. پیشگیری بهتر از ترمیم است، و این اصل در مقابله با خوردگی کاملاً صدق می‌کند.
