لماذا لا يصدأ الألومنيوم? - العلم وراء مقاومة التآكل

الملاحظة المشتركة والسؤال الأساسي

نراها في كل مكان. سلسلة فولاذية قديمة تركت في الحديقة تصبح هشة, فوضى البني المحمر. في أثناء, سلم الألومنيوم, تتعرض لنفس العناصر لسنوات, قد يبدو مملًا بعض الشيء ولكنه لا يتطور أبدًا إلى هذا الحد المدمر, الصدأ المنهار. وهذا يؤدي إلى سؤال أساسي يطرحه الكثير من الناس: لماذا لا يصدأ الألومنيوم?

الجواب بسيط ورائع. إنها تكمن في خاصية كيميائية فريدة تسمح للألمنيوم بتكوين منتج مثالي خاص به, درع واقي.

لفهم هذا حقا, نحتاج أولاً إلى توضيح ما هو "الصدأ" في الواقع.

الجواب القصير هو هذا: من الناحية الفنية, الألومنيوم لا يمكن أن يصدأ لأن الصدأ موجود, حسب التعريف, أكسيد الحديد.

لكن, يتفاعل الألومنيوم مع الأكسجين في عملية تسمى الأكسدة، ولكن نتيجة هذا التفاعل هي التي تصنع الفارق.

لماذا لا يصدأ الألومنيوم?

السر: بدلة درع مدمجة

عندما ترى الصدأ على الفولاذ, أنت ترى عملية مدمرة. يتفاعل الحديد مع الأكسجين والرطوبة لتكوين الحديد المائي(ثالثا) أكسيد.

هذه المادة ذات اللون البني المحمر قشارية, مسامية, وضعيفة. يتقشر بعيدا, تعريض الحديد الطازج بالأسفل لمواصلة دورة الاضمحلال حتى يختفي المعدن.

ألمنيوم, على الجانب الآخر, يلعب بمجموعة مختلفة تمامًا من القواعد.

عندما عارية الألومنيوم يتعرض للأكسجين الموجود في الهواء, كما أنه يتأكسد, ويفعل ذلك على الفور تقريبًا. ولكن بدلا من تشكيل المدمرة, طلاء قشاري, فهو يخلق رقيقة بشكل لا يصدق, الصعب, وطبقة شفافة من أكسيد الألمونيوم (Al₂O₃).

فكر في طبقة أكسيد الألومنيوم هذه باعتبارها طبقة مثالية, بدلة درع ذاتية الشفاء.

• إنه صعب للغاية ومتين: هذه الطبقة صعبة, كثيفة, ومرتبط بقوة بالألمنيوم الموجود تحته. على عكس رقائق الصدأ الضعيفة, لا تتشقق أو تقشر بسهولة.
• إنها غير مسامية: طبقة أكسيد الألومنيوم مستمرة, سطح مختوم. يمنع الأكسجين, ماء, وغيرها من العناصر المسببة للتآكل من الوصول إلى الألمنيوم النقي الموجود تحتها. إنه يبطل المعدن بشكل فعال, وقف عملية الأكسدة في مساراتها.
• إنه الشفاء الذاتي: ولعل هذه هي الخاصية الأكثر روعة. إذا خدشت قطعة من الألومنيوم, سوف يتفاعل المعدن المكشوف حديثًا على الفور مع الأكسجين ويصلح طبقة الأكسيد الواقية. ولهذا السبب يظل الألومنيوم محميًا حتى بعد تعرضه لأضرار في السطح.

لذا, بينما أكسدة الفولاذ (الصدأ) هي عملية الاضمحلال المستمر, أكسدة الألومنيوم هي عملية الحفاظ على الذات بشكل فوري.

الألومنيوم مقابل. فُولاَذ: قصة اثنين من الأكاسيد

لفهم الفرق حقا, تسلط المقارنة المباشرة الضوء على سبب فشل أحد المعدنين بينما يزدهر الآخر في وجود الأكسجين.

هل يمكن للألمنيوم أن يتآكل على الإطلاق؟?

بينما الألومنيوم لا يصدأ, فهي ليست محصنة تمامًا ضد جميع أشكال التآكل. يوضح فهم هذه السيناريوهات المحددة معرفة أعمق بسلوك المادة.

في بيئات عدوانية معينة, يمكن أن يتعرض درعه الواقي للخطر.

النوع الأكثر شيوعًا من التآكل الذي يجب الانتباه إليه هو التآكل الجلفاني.

يحدث هذا عندما يتلامس الألمنيوم بشكل مباشر مع مادة أكثر نبلاً (أقل تفاعلا) فلز, مثل النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ, في وجود المنحل بالكهرباء, مثل المياه المالحة.

في هذه الحالة, يعمل الألومنيوم كأنود قرباني ويتآكل بمعدل متسارع لحماية المعدن الآخر.

ولهذا السبب يجب عليك استخدام أدوات تثبيت ومكونات متوافقة في هياكل الألمنيوم البحرية والخارجية.

بالإضافة إلى, أحماض أو قلويات قوية جدًا (مع الرقم الهيدروجيني خارج 4-9 يتراوح) يمكن أن يذيب طبقة الأكسيد الواقية كيميائيًا, مما يسمح للهجوم على الألومنيوم الأساسي.

لكن, لمعظم التطبيقات اليومية, هذا ليس مصدر قلق.

استنتاج

لذا, في المرة القادمة التي ترى فيها إطار نافذة من الألومنيوم اللامع أو هيكل قارب قوي من الألومنيوم يقاوم العناصر, ستعرف سرها.

لا يعني ذلك أن الألومنيوم كسول أو غير متفاعل. في الحقيقة, إنه تفاعلي بشكل لا يصدق لدرجة أنه ينقذ نفسه على الفور.

الألومنيوم لا يصدأ لأنه يحتضن الأكسدة, استخدامه لبناء لا يمكن اختراقها, درع الإصلاح الذاتي.

فُولاَذ, في المقابل, يصبح ضحية للأكسدة الخاصة به, تنهار طبقة بعد طبقة.

هذا الاختلاف الأساسي هو السبب وراء تحول الألومنيوم إلى مادة لا غنى عنها في صناعات تتراوح من الطيران والنقل إلى البناء وأدوات الطهي, متانة واعدة وطويلة, حياة خالية من الصدأ.