Korozja aluminium w wodzie destylowanej: Szczegółowa analiza procesu

Szczegóły: Opublikowano: 09. March 2026

Od słowa corrosio (łac. "zżeranie") pochodzi nazwa procesów powodujących niszczenie materiałów. W dzisiejszym artykule skupimy się na korozji metali i sposobach zapobiegania temu niekorzystnemu zjawisku.

Mechanizmy korozji

Proces korozji jest spowodowany różnorodnymi czynnikami, ale największe straty gospodarcze przynosi jego elektrochemiczna odmiana, niszcząca stopy żelaza. Z tego powodu omówienie procesów korozji stanowi stały punkt każdego podręcznika elektrochemii.

Korozja chemiczna

Korozja chemiczna zachodzi pod wpływem substancji chemicznych (w praktyce najczęściej czynników atmosferycznych). Przebiegającym reakcjom nie towarzyszy przepływ prądu. Jednak nie tylko stopy żelaza ulegają korozji chemicznej. Praktycznie wszystkie metale pokrywają się powłokami tlenków i innych związków.

Równanie reakcji jest takie samo jak dla korozji chemicznej: 2Fe + O2 + 2H2O ?

Korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna zachodzi z udziałem ogniw galwanicznych utworzonych na powierzchni metalu. Reakcje są jednak takie same, jak w przypadku korozji chemicznej. W przypadku stopów żelaza korozja zachodzi głównie według mechanizmu elektrochemicznego.

Przeczytaj także: Montaż blaszki mocującej Trafic III

Stal i żeliwo zawierają niezbędny dodatek węgla (w postaci grafitu), który warunkuje wytrzymałość mechaniczną stopów. Kryształy grafitu oraz cementytu Fe3C wraz z żelazem tworzą ogniwa galwaniczne. W obecności roztworu elektrolitu (np. woda z rozpuszczonymi gazami i solami) zaczynają zachodzić niekorzystne procesy korozyjne.

(-) Anoda: Fe0 ?
(+) Katoda: O2 + 2H2O + 4e- ?
2Fe + O2 + 2H2O ?

Korozja stopów żelaza

Czystego żelaza, które koroduje stosunkowo powoli, nie używa się jako materiału konstrukcyjnego. Natomiast stopy żelaza - różne gatunki stali i żeliwa - zawierają dodatek węgla w postaci grafitu, bez którego nie miałyby wielu przydatnych właściwości. Kryształy grafitu oraz cementytu Fe3C tworzą jednak z żelazem ogniwa o zwartych elektrodach. W obecności elektrolitu (woda wraz z rozpuszczonymi gazami i solami), powodującego zamknięcie obwodu, zaczynają zachodzić niekorzystne procesy.

(-)Fe0 ?
(+)O2 + 2H2O + 4e- ?

Po dodaniu stronami równań obu procesów (przebiegający na anodzie mnożymy przez dwa w celu zbilansowania liczby elektronów) otrzymujemy zapis równania reakcji elektrochemicznej korozji stopów żelaza (pamiętając, że kationy Fe2+ wraz z anionami OH? utworzą osad wodorotlenku żelaza(II) - 2Fe + O2 + 2H2O ?

Przemiany zachodzące w ogniwach są identyczne z przebiegającymi w probówce - różnicą jest przestrzenne rozdzielenie reakcji utleniania i redukcji podczas procesów elektrochemicznych. Kolejne etapy niszczenia stalowej konstrukcji są już czysto chemiczne i prowadzą do powstania rdzy.

Doświadczenie: Wpływ różnych czynników na korozję elektrochemiczną

Do przeprowadzenia doświadczenia, które pozwoli zbadać wpływ różnych czynników na szybkość korozji elektrochemicznej, potrzebne będzie sześć probówek, sześć stalowych gwoździ oraz drut miedziany i kawałek blaszki cynkowej. Przed eksperymentem dokładnie oczyszczamy i odtłuszczamy powierzchnię metali. Następnie wkładamy gwoździe tak, aby część wystawała nad powierzchnię cieczy. W przypadku probówek 5 i 6 gwoździe dodatkowo łączymy z blaszką cynkową albo drutem miedzianym.

Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?

Przygotowanie probówek

Probówka 1: Woda destylowana + gwóźdź
Probówka 2: Roztwór 2% NaCl + gwóźdź
Probówka 3: Roztwór o odczynie zasadowym + gwóźdź
Probówka 4: Roztwór o odczynie kwasowym + gwóźdź
Probówka 5: Woda destylowana + gwóźdź połączony z cynkiem
Probówka 6: Woda destylowana + gwóźdź połączony z miedzią

Wyniki obserwacji

Probówka 1: Żółtawe zabarwienie roztworu, na dnie probówki nieco osadu.
Probówka 2: Żółtobrunatny roztwór, na dnie większa ilość brunatnego osadu. Duża ilość jonów powstałych z dysocjacji chlorku sodu powoduje zwiększenie przewodnictwa elektrycznego roztworu i przyspieszenie reakcji.
Probówka 3: Brak oznak korozji. Dość duże stężenie jonów OH?
Probówka 4: Nad powierzchnią roztworu gwóźdź jest wyraźnie skorodowany, natomiast roztwór jest prawie bezbarwny. Brak osadu. Jony H+ działają w sposób odwrotny do wodorotlenowych, przyspieszając reakcję katodową.
Probówka 5: Brak oznak korozji gwoździa, na dnie niewielka ilość białego osadu. Połączony z żelazem cynk tworzy ogniwo galwaniczne, w którym (jako metal aktywniejszy) jest anodą, a żelazo - katodą. Taki układ elektrod zapobiega korozji stali.
Probówka 6: Żółtobrunatny roztwór, na dnie duża ilość brunatnego i zielonego osadu. Połączona z żelazem miedź również tworzy ogniwo galwaniczne. Jako metal mniej aktywny od żelaza jest w nim katodą, a żelazo - anodą.

Ochrona przed korozją

Ochrona przed korozją to poważny problem gospodarczy. Znajomość mechanizmu korozji elektrochemicznej oraz czynników wpływających na szybkość tego procesu umożliwiają zastosowanie środków zapobiegawczych. Oprócz używania materiałów odpornych na korozję (tworzywa sztuczne, stal nierdzewna, trudno korodujące metale) - tam, gdzie jest to uzasadnione ze względów technologicznych i ekonomicznych - stosuje się następujące metody:

Izolacja powierzchni stali od czynników środowiskowych za pomocą niemetalicznych powłok ochronnych - farb, lakierów, emalii. Ochrona jest skuteczna pod warunkiem zachowania szczelności powłoki.
Metaliczne powłoki ochronne nanoszone elektrolitycznie lub przez zanurzenie w ciekłym metalu.
- Powłoki ochronne z metali stojących w szeregu napięciowym przed żelazem (cynk, chrom) są skuteczne nawet w przypadku uszkodzenia - pełnią rolę anody w zwartym ogniwie. Ulegają więc zniszczeniu, chroniąc stalowy przedmiot.
- Natomiast warstwy metali mniej aktywnych od żelaza (miedź, nikiel, cyna) spełniają swoje zadanie tylko nieuszkodzone.
Gdy nie jest możliwe pokrycie powłoką metalową całej powierzchni konstrukcji, stosuje się ochronę protektorową. Do elementu narażonego na zniszczenie (np. kadłub statku) przytwierdza się blok metalu bardziej aktywnego niż żelazo (zwykle stop Al-Mg-Zn), który stanowi anodę zwartego ogniwa.
Zarówno w przypadku pokrywania stali powłoką cynkową, jak i ochrony protektorowej żelazo stanowi katodę, do której dostarczane są elektrony. Powstał więc pomysł ochrony katodowej, polegającej na podłączeniu do stalowej konstrukcji ujemnego bieguna źródła napięcia o wartości 1-2 V. Biegun dodatni źródła łączony jest najczęściej z płytą grafitową, umieszczoną w pobliżu chronionego elementu. Metoda zabezpiecza duże konstrukcje zakopane w podłożu.
W przypadku wypełnionych wodą konstrukcji zamkniętych (kotły parowe, instalacje grzewcze i chłodnicze) stosuje się substancje spowalniające procesy niszczenia (inhibitory korozji).

Korozja aluminium

Glin pod wpływem tlenu pokrywa się warstewką Al2O3, która zapobiega procesom utleniania głębszych warstw glinu. Tlenek glinu jest odporny na działanie słabych kwasów i wody.

4 Al+3 O2→2 Al2O3

Matowienie powierzchni glinu (pasywacja) to rodzaj korozji.

Czynniki wpływające na korozję

Czynnikami powodującymi korozję są procesy chemiczne, elektrochemiczne, biologiczne i mechaniczne.

Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach

Temperatura: Wraz ze wzrostem temperatury szybkość korozji zwykle wzrasta.
Wilgotność: Obecność wody jest kluczowa dla korozji elektrochemicznej.
Stężenie składników korozyjnych: Wyższe stężenie substancji takich jak sole, kwasy i zasady przyspiesza korozję.

Inhibitory korozji - Doświadczenie

W celu ochrony konstrukcji stalowych przed korozją stosuje się różne rodzaje zabezpieczeń. W przypadku zamkniętych konstrukcji wypełnionych wodą (np. instalacji grzewczych) używa się substancji spowalniających procesy niszczenia - inhibitorów korozji. Potrzebne będą trzy probówki napełnione wodą. Pierwsza z nich będzie tzw. próbą kontrolną, do drugiej dodamy nieco azotanu(III) sodu NaNO2, a do trzeciej - chromianu(VI) potasu K2CrO4 (roztwory powinny mieć stężenie ok. 1%). Przygotowujemy także trzy stalowe gwoździe, dokładnie czyszcząc ich powierzchnię z nalotów i odtłuszczając ją przez zanurzenie w acetonie lub innym rozpuszczalniku organicznym. Wkładamy gwoździe do probówek i cierpliwie oczekujemy na wynik eksperymentu.

Obserwacje dokonane po 24 i 48 godzinach pozwalają na stwierdzenie, że korozja zachodzi tylko w pierwszej probówce, wypełnionej wodą bez dodatku użytych soli.

Podsumowanie

W skali światowej korozja powoduje ogromne straty - szacuje się, że zniszczeniu ulega rocznie 20-30% wyprodukowanej stali. Co gorsza, przyczyn zachodzenia korozji elektrochemicznej nie sposób zlikwidować - powodami są niska wartość potencjału standardowego żelaza oraz skład stali. Jednak znajomość mechanizmu procesu oraz wpływających nań czynników pozwalają przeciwdziałać temu zjawisku.

tags: #blaszka #aluminiowa #w #wodzie #destylowanej #reakcja