Każde metalowe znalezisko, które przeleżało kilka lat w ziemi czy w wodzie wykazuje niepokojące objawy rozsypania się podczas oglądania czy transportu. Czasami jednak wyciągamy lub wyławiamy przedmioty metalowe, na których czas w postaci korozji nie zostawił śladu. Chciałbym przybliżyć Wam zjawisko korozji, jej rodzaje i przyczyny powstawania. Może dzięki temu opracujecie własne metody walki z tym groźnym zjawiskiem.

Co to jest korozja??

Przechodzenie ze stanu metalicznego w stan utleniony nazywamy korozją.

Stymulatorem korozji metali są wilgoć, pyły oraz chemiczne zanieczyszczenia powietrza. Rozpuszczone w wodzie gazy oraz inne obecne w powietrzu zanieczyszczenia wytwarzają elektrolit. Elektrolit ten, wnikając w pory, szczeliny i zagłębienia powierzchni metali, powoduje powstawanie niezliczonej ilości mikroogniw elektrochemicznych. Powstające mikroogniwa to najbardziej zaciekły wróg metali - korozja elektrochemiczna.

Procesy korozji, wyniku których zachodzi nieszczenie metali, mogą mieć dwojaki charakter.

- korozja chemiczna

- korozja elektrochemiczna

Korozja chemiczna

Procesy korozji chemicznej zachodzą w środowiskach bezwodnych, najczęściej przy współudziale wysokich temperatur. Korozji chemicznej ulegają więc, np. paleniska kotłów, układy wydechowe, turbiny silników spalinowych, jak też wszystkie metale ogrzewane w obecności reaktywnych gazów. W warunkach naturalnych głównym czynnikiem wywołującym korozję chemiczną jest zawarty w powietrzu tlen. Pod jego działaniem żelazo zawarte w stalach czy żeliwie zaczyna stopniowo przechodzić w tlenek. Powstająca wartstwa tlenku żelaza jest popękana i porowata, przez co tlen może wnikać coraz głębiej.
Inaczej wygląda sprawa w przypadku cynku, chromu czy aluminium. Powstająca na powierzchni cynku warstewka tlenkowa jest bardzo szczelnie i silnie związana z podłożem.

Korozja elektrochemiczna

ten rodzaj korozji atakuje metale zawsze wtedy, gdy zanurzone są one lub nawet zwilżone elektrolitami. Elektrolitem jest woda wraz z rozpuszczonymi w niej różnymi związkami nieorganicznymi, jak np. kwasy i sole.

Korozji elektrochemicznej towarzyszy zawsze przepyw prądu elektrycznego. Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch elektronów, czyli cząstek materii obdarzonych ładunkiem ujemnym. Atom każdego pierwiastka składa się z jądra o elektrycznym ładunku dodatnim oraz krażących wokół jądra naładowanych ujemnie elektronów. Liczba tych elektronów jest charakterystyczna dla danego pierwiastka. O właściwościach chemicznych pierwiastka decyduje kilka elektronów najbardziej zewnętrznych, znajdujących się najdalej od jądra.

Metale posiadają strukturę regularną, uporządkowaną, tworzącą charakterystyczny typ sieci krystalicznej. W węzłach sieci tkwią dodatnie jony metalu. Liczba ładunków dodatnich jonu równa jest liczbie elektronów, które oderwały się od danego atomu. Każdy elektron jest obdarzony tylko jednym ładunkiem ujemnym. Liczba elektronów, które mogą się oderwać, jest charakterystyczna dla atomów danego pierwiastka. Liczba ta określa wartościowość chemiczną pierwiastka. Liczba elektronów oderwanych od atomów odpowiada ściśle ich wartościowości chemicznej. To właśnie te elektrony odpowiedzialne są za przekazywanie przez metal energii elektrycznej i cieplnej.

Ulubionym terenem działania korozji są roztwory elektrolitów, czyli substancji które w roztworze ulegają dysocjacji. Dysocjacja jest to zachodzący samorzutnie rozpad cząsteczek elektrolitów na dodatnio naładowane kationy i ujemnie naładowane aniony. kationy i aniony, zwane jonami, znajdują się w każdym wodnym roztworze elektrolitu. Elektrolitami są wszelkie kasy, sole i zasady. Ich wodne roztworu dobrze przewodzą prąd elektryczny dzięki obecności poruszających sięswobodnie kationów i anionów rozpuszczonego związku.

Ogólnie tylko nieliczne reakcje chemiczne zachodzą w środowisku bezwodnym. Dopiero rozpuszczenie substancji w wodzie wyzwala w nich zdolność do reakcji chemicznych. Rola wody w procesach korozyjnych polega przede wszystkim na wywoływaniu dysocjacji związków chemicznych, czyli opisanego już rozpadu na aniony i kationy.

W roztworze elektrolitu niezdysocjowane cząsteczki wody zachowują się jednak w charakterystyczny sposób. Skupiają się wokół jonów elektrolitu. Każda cząsteczka wody jest dipolem. Oznacza to ułożenie w pewnej odległości dwóch jednakowych co do wielkości, lecz przeciwnych znaków ładunków elektrycznych. Dzięki temu cząsteczki wody otaczają natychmiast jony dodatnie i ujemne. Proces przyłączania się cząsteczek wody do jonów substancji rozpuszczonej nazywamy uwodnieniem lub hydratacją.

Najważniejszą przyczyną korozji elektrochemicznej jest dążność metali do przechodzenia w stan jonowy. Dążność do przejścia ze stanu wolnego w stan jonowy jest różna dla różnych metali, oznacza to że jest różna również ich odporność na korozję.

Metale znajdujące się w ziemi

Proces korozji metali zakopanych w ziemi jest dosyć złożony. Intensywność korozji zależy w dużej mierze od stopnia wilgotności gleby, jej rodzaju oraz odległości od powierzchni. Zależnie od rodzaju gruntu wykazuje on różną przepuszczalność, a tym samym zdolność utrzymywania wilgoci. W grunt piaszczysty woda natychmiast głęboko wsiąka. Natomiast przez grunt gliniasty lub marglowy woda przenika powoli.

W gruntach gliniastych kryją się jeszcze inne niebezpieczeństwa dla metali. Występują w nich np. gniazdka soli mineralnych. Nierównomierne rozmieszczenie takich gniazd sprzyja powstawaniu licznych, lokalnych ogniw stężeniowych. W gruntach tych tworzą się również podczas wysychania liczne głębokie szczeliny. Szczelinami tymi powietrze dostaje się swobodnie do głębszych warstw gleby.

Atakom korozji nie sprzyjają natomiast grunty marglowe z powodu wysokiej alkaliczności, uwarunkowanej dużą zawartością wapieni.

Wyjątkowo natomiast korzystne dla korozji warunki występują w gruntach mulistych i bagiennych. Duża ilość soli oraz związków siarki pochodzących z rozkładu resztek roślinnych i zwierzęcych sprawia, że grunty takie stanowią istne ognisko procesów korozyjnych.

Intensywność korozji w ziemi jest ściśle związana z szybkością przenikania powietrza w głębsze warstwy gruntu. Tlen dociera w głąb gruntu dwiema drogami - bezpośrednio z atmosfery i wraz z wodą deszczową. Krople deszczu rozpuszczają w sobie powietrze, po czym wnikając pod powierzchnię ziemi przekazują je glebie. Wnikanie powietrza w głąb gruntu ułątwiają też liczne szczeliny w glebie pękanej podczas wysychania.

Na przedmioty stalowe spoczywające w ziemi czyha jeszcze jeden rodzaj korozji - korozja biochemiczna.

Bezpośrednim jej sprawcą są obecne w niektórych glebach tzw. bakterie beztlenowe. Bakterie te działają aktywnie jedynie w tych miejscach gruntu, do których nie dochodzi zupełnie powietrze. Mechanizm korozji stali wywołanej przez te drobnoustroje jest złożony, beztlenowce nie atakują bowiem metali bezpośrednio. Bakterie te wykazują specyficzną zdolność pobierania wodoru z otoczenia. Gdy kolonia beztlenowców zetknie się z zakopaną w ziemi stalą, rozpoczyna się ich symbioza z korozją. W nieobecności tlenu proces korozji ustaje w związku z nadnapięciem wodoru. Tymczasem drobnoustroje przejmują rolę tlenu zużywając, i to szybko, nagromadzone na powierzchni stali atomy wodoru.

Korozja pod wodą

Woda czerpana z głębi ziemi zawiera zawsze rozpuszczone sole mineralne i gazy. O agresywności takiej wody wobec stali decyduje jej odczyn oraz ilość rozpuszczonego powietrza. Jeżeli odczyn wody jest nawet lekko kwaśny sprzyja ona korozji. Szkodliwe działanie tlenu rozpuszczonego w wodzie polega m.in. na utlenianiu powstających produktów korozji stali. W przypadku braku tlenu, na powierzchni stali zanurzonej w wodzie wytwarza się zwarta i dobrze przylegająca warstewka wodorotlenku żelazawego Fe(OH)2. Warstwa ta dosyć skutecznie chroni metal przed dalszymi atakami korozji.

Gdy jednak w wodzie pojawi się tlen atakuje on wodorotlenek żelazawy przekształcając go w wodorotlenek żelazowy Fe(OH)3. Pomimo bardzo podobnej nazwy różnią one od siebie w sposób zasadniczy. W przeciwieństwie do wodorotlenku żelazawego, wodorotlenek żelazowy jest gąbczasty, porowaty i jedynie bardzo luźno przylega do stali. Taka warstewka wodorotlenku nie tylko nie chroni metalu przed dalszą korozją, lecz nawet ją wzmaga.

foto: wikipedia - Thester11