Dlaczego aluminium nie rdzeni? - Nauka stojąca za jego odpornością na korozję

Wspólna obserwacja i podstawowe pytanie

Widzimy to wszędzie. Stary stalowy łańcuch pozostawiony w ogrodzie łuszczy się, czerwonobrązowy bałagan. Tymczasem, drabina aluminiowa, narażone na te same elementy przez lata, może wyglądać trochę nudno, ale nigdy nie rozwija się tak destrukcyjnie, rozpadająca się rdza. Prowadzi to do podstawowego pytania, które zadaje sobie wiele osób: Dlaczego aluminium nie rdzeni?

Odpowiedź jest prosta i fascynująca zarazem. Leży w wyjątkowej właściwości chemicznej, która pozwala aluminium stworzyć swój własny ideał, tarcza ochronna.

Aby naprawdę to zrozumieć, najpierw musimy wyjaśnić, czym właściwie jest „rdza”..

Krótka odpowiedź jest taka: technicznie, aluminium nie może rdzewieć, ponieważ rdza jest, z definicji, tlenek żelaza.

Jednakże, aluminium rzeczywiście reaguje z tlenem w procesie zwanym utlenianiem, ale to wynik tej reakcji robi różnicę.

Dlaczego aluminium nie rdzeni?

Sekret: Wbudowana zbroja

Kiedy widzisz rdzę na stali, widzisz destrukcyjny proces. Żelazo reaguje z tlenem i wilgocią, tworząc uwodnione żelazo(III) tlenek.

Ta czerwonawo-brązowa substancja jest łuszcząca się, porowaty, i słaby. Odpada, odsłaniając świeże żelazo pod spodem, aby kontynuować cykl rozkładu, aż metal zniknie.

Aluminium, z drugiej strony, gra według zupełnie innych zasad.

Kiedy nago aluminium jest wystawiony na działanie tlenu z powietrza, również się utlenia, i robi to niemal natychmiast. Ale zamiast tworzyć destrukcyjne, łuszcząca się powłoka, tworzy niesamowicie cienką, twardy, i przezroczysta warstwa tlenek glinu (Al₂O₃).

Pomyśl o tej warstwie tlenku glinu jako o doskonałej, samolecząca się zbroja.

• Jest niezwykle twardy i trwały: Ta warstwa jest twarda, gęsty, i silnie związany z aluminium znajdującym się pod nim. W przeciwieństwie do słabych płatków rdzy, nie odpryskuje ani nie odkleja się łatwo.
• Jest nieporowaty: Warstwa tlenku glinu jest ciągła, uszczelniona powierzchnia. Uniemożliwia dostęp tlenu, woda, i inne elementy korozyjne przed dotarciem do czystego aluminium pod spodem. Skutecznie pasywuje metal, zatrzymując proces utleniania.
• To samoleczenie: Jest to być może jego najbardziej niezwykła właściwość. Jeśli zarysujesz kawałek aluminium, nowo odsłonięty goły metal natychmiast zareaguje z tlenem i odtworzy ochronną warstwę tlenku. Dlatego aluminium pozostaje chronione nawet po uszkodzeniu powierzchni.

Więc, podczas utleniania stali (rdza) jest procesem ciągłego rozkładu, Utlenianie aluminium jest procesem natychmiastowego samozachowawstwa.

Aluminium kontra aluminium. Stal: Opowieść o dwóch tlenkach

Aby naprawdę uchwycić różnicę, bezpośrednie porównanie pokazuje, dlaczego jeden metal zawodzi, podczas gdy drugi rozwija się w obecności tlenu.

Czy aluminium może kiedykolwiek korodować?

Chwila aluminium nie rdzewieje, nie jest całkowicie odporny na wszelkie formy korozji. Zrozumienie tych konkretnych scenariuszy pokazuje głębszą wiedzę na temat zachowania materiału.

W niektórych agresywnych środowiskach, jego tarcza ochronna może zostać naruszona.

Najczęstszym rodzajem korozji, na który należy zwrócić uwagę, jest korozja galwaniczna.

Dzieje się tak, gdy aluminium wchodzi w bezpośredni kontakt z bardziej szlachetnym materiałem (mniej reaktywny) metal, jak miedź lub stal nierdzewna, w obecności elektrolitu, takie jak słona woda.

W tej sytuacji, aluminium działa jak anoda protektorowa i koroduje w przyspieszonym tempie, aby chronić drugi metal.

Dlatego w konstrukcjach aluminiowych morskich i zewnętrznych należy stosować kompatybilne elementy złączne i komponenty.

Ponadto, bardzo mocne kwasy lub zasady (z pH poza 4-9 zakres) może chemicznie rozpuścić ochronną warstwę tlenku, umożliwiając atak leżącego pod spodem aluminium.

Jednakże, do większości codziennych zastosowań, to nie jest problem.

Wniosek

Więc, następnym razem, gdy zobaczysz błyszczącą aluminiową ramę okna lub solidny aluminiowy kadłub łodzi odporny na działanie czynników atmosferycznych, poznasz jego sekret.

Nie chodzi o to, że aluminium jest leniwe lub niereaktywne. W zasadzie, jest tak niesamowicie reaktywny, że natychmiast się ratuje.

Aluminium nie rdzewieje ponieważ obejmuje utlenianie, używając go do zbudowania nieprzeniknionego, samonaprawiająca się tarcza.

Stal, dla kontrastu, staje się ofiarą własnego utleniania, rozsypując się warstwa po warstwie.

Ta zasadnicza różnica powoduje, że aluminium stało się niezbędnym materiałem w różnych gałęziach przemysłu, od lotnictwa i transportu po budownictwo i naczynia kuchenne, obiecująca trwałość i długość, życie wolne od rdzy.