Raudan ruostuminen on prosessi, jolla ruostetta tuotetaan. Rust in Chemistry on kemiallinen yhdiste, joka muodostuu raudan hapettuessa ja on väriltään punertavanruskea. Ruostetta muodostuu, kun rauta reagoi veden kanssa veden läsnä ollessa.

Raudan ruostuminen on erittäin haitallista erilaisille koneille ja muille raudasta valmistetuille laitteille, koska se heikentää niitä ja lyhentää koneen käyttöikää. Tässä artikkelissa opimme yksityiskohtaisesti raudan ruostumisesta, raudan ruostumiseen vaikuttavista tekijöistä ja muista tekijöistä.

Sisällysluettelo

• Raudan ruostuminen
• Mitä kemia on raudan ruostumisen takana?
• Raudan ruostumiseen vaikuttavat tekijät
• Mitä vaurioita rautaesineiden ruostumisesta aiheutuu?
• Miten ruostumista voidaan ehkäistä?
• Miksi ruostuminen on ei-toivottu ilmiö?

Raudan ruostuminen

Ruostuminen on ilmiö, jossa raudan pintaan muodostuu punertavanruskea pinnoite märän ilman vaikutuksesta, ja punertavanruskeaa pinnoitetta kutsutaan ruosteeksi. Yksinkertaisesti sanottuna ruoste on punaruskea hiutaleinen aine, joka muodostuu, kun rautaesine altistuu kostealle ilmalle pitkän aikaa. Ruostuminen on termi tälle ilmiölle. Ruostuminen on hapettumista raudasta.

Raudan ja teräksen ruostuminen on yleisin esimerkki metallista korroosio . Pakojärjestelmien ja ajoneuvojen korien ruostuminen, vesiputket ja monenlaiset teräsrakenteet ovat kaikki hyvin tunnettuja tapauksia. Ilman ja veden yhteisvaikutus rautaan saa sen ruostumaan. Ruostumista ei tapahdu täysin kuivassa ilmassa tai ilmassa, joka on täysin vedetön. Ilmakehän olosuhteet ja ruostumista säätelevien komponenttien suhteellinen osuus määrittävät ruosteen erityisen koostumuksen. Se koostuu pääasiassa hydratoidusta rautaoksidista, joten ruosteen kemiallinen kaava on Usko ₂ O ₃ .xH ₂ O .Seuraava vastaus voi karkeasti kuvata sen muodostumista:

4Fe+3O ₂ +2xH ₂ O → 2Fe ₂ O ₃ .xH ₂ O

Raudan ulkopinta ruostuu ensin märän ilman läsnä ollessa, ja pinnalle kertyy kerros hydratoitua rautaoksidia (ruostetta). Tämä kerros on herkkä ja huokoinen, ja jos se tulee liian paksuksi, se voi pudota. Alimmat rautakerrokset altistuvat ympäristölle, jolloin ne ruostuvat. Rauta menettää lopulta voimansa prosessin jatkuessa.

Mitä kemia on raudan ruostumisen takana?

Raudan ruostuminen on hapettumisreaktio. Ruostumisen aikana rauta yhdistyy ilman hapen kanssa veden läsnä ollessa muodostaen Fe₂O₃.xH₂O, hydratoitu rauta(III)oksidi.

Tätä hydratoitua rauta(Ill)oksidia kutsutaan ruosteeksi. Ruoste on suurelta osin hydratoitua rauta(III)oksidia, Fe ₂ O ₃ .xH ₂ O . Ruosteen väri on punertavanruskea. Olemme kaikki havainneet punaruskeaa ruostetta rautanauloissa, ruuveissa, putkissa ja kaiteissa. Altistuessaan kostealle ilmalle, ei vain rauta, vaan myös teräs ruostuu. Teräs sen sijaan kestää paremmin ruostetta kuin rauta.

Raudan ruostuminen on kemiallinen muutos

Ruoste muodostuu, kun rauta (tai raudan seos) altistuu hapelle kosteuden läsnäollessa. Tämä reaktio ei ole välitön; pikemminkin se tapahtuu pitkän ajan kuluessa. Rautaoksideja muodostuu, kun happiatomit yhdistyvät rautaatomien kanssa. Tämän seurauksena kohteen/rakenteen rautaatomien väliset sidokset heikkenevät.

Raudan hapetusaste kasvaa ruostereaktion seurauksena, jota seuraa elektronien häviäminen. Ruoste koostuu pääasiassa kahdesta rautaoksidityypistä, jotka eroavat rautaatomin hapetusasteelta. Nämä ovat oksideja:

1. Rauta(II)oksidi tunnetaan myös nimellä rautaoksidi. Tämän aineen hapetusaste on +2 ja kemiallinen kaava Ruma .
2. Rauta(III)oksidi, joka tunnetaan usein rautaoksidina, on yhdiste, jossa rautaatomin hapetusaste on +3. Usko ₂ O ₃ on tämän aineen kemiallinen kaava.

Rauta on pelkistävä aine, mutta happi on erinomainen hapetin. Altistuessaan hapelle rautaatomi luovuttaa helposti elektroneja. Kemiallinen reaktio kuvataan seuraavasti:

Usko → Usko ²⁺ + 2e ^–

Kun vesi on läsnä, happiatomi lisää raudan hapetusastetta.

4Fe ²⁺ +O ₂ → 4Fe ³⁺ +2O ^2-

Rautakationit ja vesimolekyylit käyvät nyt läpi seuraavat happo-emäsreaktiot.

Usko ²⁺ +2H ₂ O ⇌ Fe(OH) ₂ +2H ⁺

Usko ³⁺ + 3H ₂ O ⇌ Fe(OH) ₃ + 3H ⁺

yhdistämisalgoritmi

Rautakationien ja hydroksidi-ionien välinen suora reaktio tuottaa myös rautahydroksideja.

O ₂ + H ₂ O + 4e ^– → 4OH ^–

Usko ²⁺ + 2OH ^– → Fe(OH) ₂

Usko ³⁺ +3OH ^– → Fe(OH) ₃

Tuloksena olevat rautahydroksidit ovat nyt kuivattuja, jolloin saadaan ruostetta muodostavia rautaoksideja. Tähän prosessiin liittyy monia kemiallisia prosesseja, joista osa on esitetty alla.

• Fe(OH) ₂ ⇌ FeO + H ₂ O
• 4Fe(OH) ₂ +O ₂ + xH ₂ O → 2Fe ₂ O ₃ .(x+4)H ₂ O
• Fe(OH) ₃ ⇌ FeO(OH) + H ₂ O
• FeO(OH)⇌ Fe ₂ O ₃ + H ₂ O

Kaikilla yllä luetelluilla kemiallisilla reaktioilla on yksi yhteinen piirre: ne kaikki vaativat veden ja hapen läsnäolon. Tämän seurauksena metallia ympäröivän hapen ja veden määrää voidaan rajoittaa ruostumisen estämiseksi.

Raudan ruostumiseen vaikuttavat tekijät

Raudan ruostumiseen vaikuttavat monet tekijät, mukaan lukien ilman kosteuden määrä ja ympäröivän ympäristön pH. Seuraavassa on muutamia näistä elementeistä.

1. Kosteus: Veden saatavuus ympäristössä rajoittaa raudan korroosiota. Yleisin ruostumisen syy on altistuminen sateelle.
2. Ruostuminen kiihtyy, jos metallia ympäröivän ympäristön pH on alhainen. Kun rauta altistuu happosateelle, se ruostuu nopeammin. Raudan korroosiota hidastaa korkeampi pH.
3. Koska vedessä on erilaisia ​​suoloja, rauta ruostuu nopeammin. Monet suolaveden ionit nopeuttavat ruostumisprosessia sähkökemiallisten prosessien kautta.
4. Epäpuhtaudet: Verrattuna rautaan, jossa on erilaisia ​​metalleja, puhdas rauta ruostuu hitaammin.

Rautakappaleen koko voi myös vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti se ruostuu. Esimerkiksi valtavassa rautaesineessä on todennäköisesti pieniä vikoja sulatusprosessin vuoksi. Nämä puutteet tarjoavat alustan metalliin kohdistuville ympäristöhyökkäyksille.

Kokeile, että ilma ja kosteus ovat välttämättömiä ruostumiselle

Menettely sen osoittamiseksi, että ruostuminen vaatii kosteutta ja ilmaa.

• Puhtaat rautanaulat tulee asettaa jokaiseen kolmesta testipurkista, jotka on merkitty A, B ja C.
• Täytä koeputki A vesijohtovedellä ja korkki se.
• Täytä koeputki B kuumalla tislatulla vedellä, lisää sitten noin 1 ml öljyä ja korkki se. Öljy kelluu veden pinnalla ja estää ilman haihtumisen.
• Täytä koeputki C vedettömällä kalsiumkloridilla ja korkki se. Vedetön kalsiumkloridi imee kaiken ilman kosteuden.
• Anna näiden koeputkien asettua muutama päivä ennen tarkkailua.

Havainto

Rautanaulat ruostuvat koeputkessa A, mutta eivät tulosten mukaan koeputkissa B ja C. Koeputken A kynnet syöpyivät, koska ne olivat alttiina sekä ilmalle että vedelle. Koeputken B kynnet altistetaan vain vedelle, mutta koeputken C kynnet altistetaan kuivalle ilmalle.

Johtopäätös

Tämä koe osoittaa, että ruostuminen vaatii sekä ilmaa (happea) että kosteutta.

Mitä vaurioita rautaesineiden ruostumisesta aiheutuu?

Ruoste on läpäisevää ja pehmeää, ja kun se liukuu pois ruosteisen rautaesineen pinnalta, alla oleva rauta ruostuu. Tämän seurauksena rautaruoste on jatkuva prosessi, joka syö rautaesineitä ajan myötä ja tekee niistä arvottomia. Raudan ruostuminen aiheuttaa merkittäviä vahinkoja ajan myötä, koska sitä käytetään monenlaisten rakenteiden ja hyödykkeiden rakentamiseen, mukaan lukien sillat, säleiköt, kaiteet, portit sekä autojen, linja-autojen, kuorma-autojen ja laivojen rungot. On sanomattakin selvää, että meillä pitäisi olla tapa estää rauta ruostumasta.

Miten ruostumista voidaan ehkäistä?

Ruostumisesta johtuvalla rautaesineiden häviämisellä on valtava taloudellinen vaikutus maahan, ja sitä on vältettävä. Jotta rautaiset esineet eivät ruostuisi, käytetään erilaisia ​​tekniikoita. Ilman ja veden pitämiseksi poissa useimmat tavat vaativat rautakappaleen peittämistä jollakin. Seuraavassa on joitain yleisimmistä tavoista estää raudan ruostuminen:

Raudan ruostumista voidaan estää maalaamalla:

Raudan pinnan pinnoitus maalilla on suosituin tapa estää sitä ruostumasta. Kun maali asetetaan rautaisen esineen pinnalle, se estää ilman ja kosteuden pääsemästä kosketukseen esineen kanssa ja estää ruostumista. Ruostumisen estämiseksi maalataan säännöllisesti ikkunoiden säleiköt, kaiteet, rautasillat, teräskalusteet, junavaunut sekä muun muassa autojen, linja-autojen ja kuorma-autojen korit.

Raudan ruostumista voidaan estää käyttämällä rasvaa tai öljyä:

Kun rasvaa tai öljyä laitetaan rautaesineen pinnalle, ilma ja kosteus estetään koskettamasta sitä, mikä estää korroosiota. Esimerkiksi rauta- ja terästyökalut ja koneenosat hierotaan rasvalla tai öljyllä korroosion estämiseksi.

Raudan ruostumista voidaan estää seostamalla:

Ruostumaton teräs syntyy, kun rautaa seostetaan kromilla ja nikkelillä. Ruostumaton teräs ei läpäise ruostetta. Esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä valmistetut keittiövälineet, sakset ja lääketieteelliset laitteet eivät syöpy. Ruostumaton teräs sen sijaan on liian kallista käytettäväksi suurissa määrissä.

Kuunnella

Tina on myrkytön ja sen reaktiivisuus on alhaisempi kuin raudan. Ruokatölkit on tinattu, mikä tarkoittaa, että niissä on ohut peltikerros. Tämän seurauksena, kun galvanoitu ohut tinametallipinnoite kerrostetaan rauta- ja teräsesineille, rauta- ja teräsesineet suojataan ruosteelta. Tinattuja tiffin-laatikoita käytetään, koska ne eivät ole myrkyllisiä eivätkä saastuta sisällä olevaa ruokaa. Tinaus estää raudan ruostumista.

Emalointi

Emalointi on korkean lämpötilan menetelmä, jossa lasijauhe sulatetaan metallisubstraattiin. Emaleja voidaan käyttää useilla pinnoilla, mukaan lukien lasi ja keramiikka. Emalointi estää raudan ruostumista.

Galvanointi

Galvanointi suojaa liialliselle kosteudelle alttiina olevia esineitä, kuten kattolevyjä ja putkistoja, ruosteelta. Galvanointi on tekniikka, jossa teräkseen ja rautaan levitetään ohut sinkkikerros ruostumisen estämiseksi. Galvanoitu rauta on rautaa, joka on sinkitty. Sinkki on reaktiivisempi kuin rauta, joten kosteuden läsnäollessa se vuorovaikuttaa hapen kanssa muodostaen näkymätön sinkkioksidikerroksen, joka suojaa sitä lisäruostumiselta. On syytä huomata, että vaikka sinkittyjen rautatuotteiden sinkkipinnoite rikkoutuisi, ne pysyvät ruostumattomina. Koska sinkki on reaktiivisempaa kuin rauta, näin on.

Galvanointi

Galvanointi on toinen tapa estää esineitä ruostumasta. Tässä menettelyssä ruostumattomia metalleja, mukaan lukien tina, nikkeli ja kromi, galvanoidaan raudalle. Tämä tekniikka ei vain estä tavaroita ruostumasta, vaan myös parantaa niiden kauneutta. Kylpyhuoneen varusteet ja ajoneuvon osat, kuten polkupyörän ohjaustangot, auton puskurit ja niin edelleen, ovat esimerkkejä kromatuista esineistä.

Miksi ruostuminen on ei-toivottu ilmiö?

Raudan ruostuminen on erittäin ei-toivottu ilmiö ja tekee raudasta erittäin heikkoa. Se tekee raudasta hilseilevän ja heikon, ja heikentää sen lujuutta, ulkonäköä ja läpäisevyyttä. Raudan ruostuminen voi johtaa autojen, kaiteiden, ritilöiden ja muiden rautarakenteiden vaurioitumiseen. Se lyhentää Iron-tuotteen käyttöikää ja tekee niiden käytöstä vaarallista.

Lue lisää

• Redox-reaktio
• Kipsi
• Kaustinen sooda, pesusooda ja ruokasooda

Esimerkkikysymyksiä raudan ruostumisesta

Kysymys 1: Mikä on raudan ruostumisprosessi?

Vastaus:

Raudan ruostuminen on hapettumisreaktio. Veden läsnä ollessa rautametalli on vuorovaikutuksessa ilman hapen kanssa muodostaen hydratoitua rauta(III)oksidia, Fe₂O₃.xH₂O. Tätä hydratoitua rauta(III)oksidia kutsutaan ruosteeksi. Ruoste on suurelta osin hydratoitua rauta(III)oksidia, Fe₂O₃.xH₂Oi, seurauksena. Ruoste on punertavanruskea sävy

Kysymys 2: Mitä kutsutaan raudan ruosteeksi?

Vastaus:

Ruostuminen on ilmiö, jossa raudan pintaan muodostuu märän ilman vaikutuksesta punertavanruskea pinnoite, ja punertavanruskeaa pinnoitetta kutsutaan ruosteeksi.

Kysymys 3: Kuinka raudan ruostuminen voidaan estää?

Vastaus:

Raudan ruostumista voidaan estää seuraavilla tavoilla:

• Maalin levittäminen
• Rasvan tai öljyn levittäminen
• Galvanoinnin avulla
• Sähköpinnoituksella
• Seosraudan käyttö ruostumattoman teräksen valmistukseen
• Tekijänä Tinning
• Emaloinnin käyttö

Kysymys 4: Mikä on ruoste?

15/100,00

Vastaus:

Kun rauta altistuu ilmalle pitkiä aikoja, se hapettuu ja kehittää pinnalle punaruskeaa rautaoksidia. Ruoste on tämän punertavan ruskean materiaalin nimi. Ruoste muodostuu seuraavan yhtälön avulla,

4Fe+3O ₂ +2xH ₂ O → 2Fe ₂ O ₃ .xH ₂ O

Kysymys 5: Miten ruoste vaurioittaa rautaesineitä?

Vastaus:

Ruoste on läpäisevää ja pehmeää, ja kun se liukuu pois ruosteisen rautaesineen pinnalta, alla oleva rauta ruostuu. Tämän seurauksena rautaruoste on jatkuva prosessi, joka syö rautaesineitä ajan myötä ja tekee niistä arvottomia. Raudan ruostuminen aiheuttaa merkittäviä vahinkoja ajan myötä, koska sitä käytetään monenlaisten rakenteiden ja hyödykkeiden rakentamiseen, mukaan lukien sillat, säleiköt, kaiteet, portit sekä autojen, linja-autojen, kuorma-autojen ja laivojen rungot. On sanomattakin selvää, että meillä pitäisi olla tapa estää rauta ruostumasta.

Kysymys 6: Mitkä ovat ruostumisen edellyttämät olosuhteet?

Vastaus:

Raudan ruostumiseen vaikuttavat monet tekijät, mukaan lukien ilman kosteuden määrä ja ympäröivän ympäristön pH. Seuraavassa on muutamia näistä elementeistä.

• Kosteus: Veden saatavuus ympäristössä rajoittaa raudan korroosiota.
• Ruostuminen kiihtyy, jos metallia ympäröivän ympäristön pH on alhainen.
• Koska vedessä on erilaisia ​​suoloja, rauta ruostuu nopeammin.
• Epäpuhtaudet: Verrattuna rautaan, jossa on erilaisia ​​metalleja, puhdas rauta ruostuu hitaammin.

Tarkista myös,

• Kloori (Cl)
• Vahvat ja heikot emäkset
• Tärkeitä natriumin yhdisteitä

Raudan ruostuminen - UKK

1. Mitä ovat fysikaaliset ja kemialliset muutokset?

Muutoksia, jotka tapahtuvat yhdisteessä, kutsutaan muutoksiksi. Yhdisteen fysikaalisissa ominaisuuksissa tapahtuvia muutoksia kutsutaan fysikaalisiksi muutoksiksi, kun taas yhdisteen kemiallisissa ominaisuuksissa tapahtuvia muutoksia kutsutaan kemiallisiksi muutoksiksi.

2. Onko raudan ruostuminen fyysinen vai kemiallinen muutos?

Ruoste koostuu rautaoksidista (Fe₂O₃). Tämän seurauksena ruoste ja rauta eivät ole synonyymejä. Ruoste on hapettumisreaktio ja siten kemiallinen muutos.

3. Mikä aiheuttaa raudan ruostumista?

Ruoste on hapettumisreaktio ja se tapahtuu, kun rauta saatetaan reagoimaan hapen ja veden kanssa.

4. Mikä on ruosteen kemiallinen reaktio?

Ruosteen kemiallinen reaktio on 4Fe+3O ₂ +6H ₂ O → 4Fe(OH) ₃ .

5. Minkä tyyppinen kemiallinen reaktio on raudan ruostuminen?

Raudan ruostuminen on hapetusreaktio.