Veszprémi Tamás, Veszprémi Tamás veszpremi.tamas@vbk.bme.hu

Általános kémia

Negyedik, átdolgozott kiadás

4. kiad.

9.2.3. Korrózió, korrózióvédelem

Általánosságban korrózión olyan kémiai folyamatot értünk, mely során egy anyagot a környezete megtámad és tönkretesz. Persze egy tárgy sokféle módon mehet tönkre, és e folyamatok tekintélyes részét nem tekintjük korróziónak. Ha netán egy vázát leejtünk, és ezáltal szilánkjaira hull – nos a váza tönkrement, de ezért naiv dolog lenne a korróziót okolni. Korróziónak tekinthető a levegő oxigénjével, a vízzel, a különböző szennyező gázokkal, porral, korommal, vízben oldott sókkal, savakkal és egyéb kemikáliákkal történő, az anyag tulajdonságait megváltoztató káros kémiai reakció. Szinte minden anyag korrodálódhat a műanyagoktól az üvegig, a fémektől a papírig. Mi itt csak a leggyakoribb fajtájával, fémek elektrokémiai korróziójával foglalkozunk. Ha arra gondolunk, hogy a fémércből energia befektetése árán nyerjük ki a tiszta fémet, akkor azt is mondhatjuk, hogy a fémek korróziója nem más, mint a fémből az érc visszaalakulásának spontán folyamata. Az alapfolyamat a fém elektrokémiai oxidációja:

Mz+ + ze–.

Nyilvánvaló, hogy a folyamat csak megfelelő elektronakceptor jelenlétében mehet végbe, mely az oxidáció során keletkező elektronokat elnyeli. Hogyan játszódik ez le a természetben? Vegyünk pl. egy darab vasat. A vasra rácseppenő vízben Fe2+ion formájában oldódik egy kevés vas, miközben a fémen maradnak az elektronok, vagyis kialakul a megfelelő elektródpotenciál:

Fe2+ + 2e–.

9.10. ábra. A vas korróziója különböző elektronakceptorokkal

Ez tehát az elektrontermelő folyamat. Milyen elektronnyelő reakciók jöhetnek szóba? A 9.10. ábrán háromféle lehetőséget láthatunk, az oxigénnel, savakkal, illetve kevésbé aktív fémmel való kölcsönhatást, melyekhez a feltüntetett elektródreakciók rendelhetők. A kölcsönhatás lényege éppen az, hogy a vas oldódása során a fémen maradt elektronok az elektronakceptorhoz vándorolnak, és ott részt vesznek a folyamatban. Vagyis az elektronok a levegő oxigénjével (és vízzel) OH–ionokat adnak, a savak H+ionjait semlegesítve hidrogéngázt fejlesztenek, vagy elősegítik a nemesebb fém cementálódását a vason. Mindhárom folyamat eredménye az, hogy az elektronok elvándorolnak a keletkezési helyükről, így megbontják az Fe | Fe2+ egyensúlyt. Ennek következtében újabb vasatomok mennek oldatba, vagyis a fémen belül folyik az elektronok áramlása és a fém oldódása, korróziója.

A vizsgált esetek elektrokémiai esszenciája, hogy egy fémelektród kölcsönhatásba kerül az oxigénelektróddal, a hidrogénelektróddal vagy egy másik fémfémion rendszerrel. A két félreakció kiegészül egésszé: megindul a folyamat. Amennyiben a fémfémion rendszer potenciálja negatívabb, mint a kölcsönható rendszeré, a fém anódként oldatba megy: korrodál. Ha pozitívabb, korróziótól nem kell tartani, hiszen ez a fém katódos kiválásának irányába hat.

Hogyan védekezhetünk a korrózió ellen? A régi görögök szerint bizonyos vallási szertartásokkal a vas megvédhető a rozsdásodástól.1 Mi megpróbálunk más utat követni.

Triviális módszer, hogy bevonjuk a védendő fémet valamilyen passzív réteggel. Amennyiben ez egy természetes passziváló oxid vagy hidroxidréteg, vagyis ha sikerül a védendő tárgyat a Pourbaixdiagram passzivitás zónájában tartani, ez a megoldás a nyerő. Emiatt használhatjuk az alumíniumtárgyakat anélkül, hogy különösebb figyelmet kellene fordítanunk a korrózióvédelemre. Hasonló ellenálló passzív réteg alakul ki pl. a tantálon vagy a krómon, de kémiai úton még a vason is kialakítható. Ehhez a vasat 40%os vagy annál töményebb salétromsavoldatba kell mártani. Ilyenkor vékony, ellenálló oxidbevonat keletkezik, amely a további korróziónak ellenáll – ha mechanikus hatásra meg nem sérül a viszonylag puha védőréteg.

9.6. feladat

A dobozos sör gyakran fémes ízű annak ellenére, hogy a fém gyakorlatilag nem oldódik a sörben. Vajon mi lehet ennek a magyarázata?

Gyakori megoldás, hogy valamilyen más, passzív réteget alkalmazunk. Pl. vékony krómréteggel vonjuk be a vasat. Ennek kétségtelen előnye, hogy rendkívül dekoratív. Régebben ilyen bevonást ónnal is végeztek, így készült az ónbádog. Ha azonban a réteg megsérül, ott azonnal megkezdődik a korrózió, és mivel a bevonat elektródpotenciálja pozitívabb, mint a vasé, a vas fog anódosan oldódni. Ezért ezt a megoldást csak akkor érdemes használni, ha a védendő fémet olyan helyen használjuk, ahol a sérülés valószínűsége kicsi. Más, indifferens bevonókat is gyakran használunk, pl. festéket, zománc, vagy műanyagréteget. Ekkor fontos szempont a jó tapadás is, ez a biztosítéka annak, hogy az ép és látszólag sérülésmentes bevonat alatt ne menjen tönkre a fémtárgy.

A korrózió elleni védelem sokkal kifinomultabb módszere, ha biztosítjuk a védendő fém megfelelő negatív potenciálját, vagy ahogy nevezzük, katódos védelmét. Ennek egyik lehetősége, hogy a védendő fémet (pl. vasat) egy aktívabb másik fémmel (pl. cinkkel) vonjuk be. Ekkor a két fém közül az aktívabb korrodál, ez lesz az anód, míg a védendő passzívabb a katód. A katódos védelem még akkor is jól működik, ha a bevonat megsérül, és mindaddig védelmet szolgáltat, amíg az aktív fém teljesen fel nem oldódik, hiszen a fém jó elektromos vezető, ezért a képződő elektronok könnyen vándorolnak a tárgy távolabbi pontjaihoz is. A fémek katódos védelmét számtalan helyen alkalmazzák. Ezt használják a gépkocsik korrózióvédelmére, mikor az alvázt cinkkel vonják be2. Emiatt garantálhatják egy mai gépkocsi korróziómentességét a nagy gyártó cégek akár nyolctíz évre is, annak ellenére, hogy a kocsi, és főként a kocsi alváza ki van téve a legszélsőségesebb és legagresszívabb körülményeknek.

9.11. ábra. Ilyen volt – ilyen lett 8 év használat után. Magnéziumötvözet rudak villanybojler víztartályának katódos védelmére.

A 9.11. ábrán látható magnéziumötvözet rudat villanybojlerek acél víztartályának védelmére használják. Egy ilyen rudat egyszerűen úgy rögzítenek a tartály belsejében, hogy belecsavarozzák, aztán akár meg is feledkezhetnek róla, az tudja a dolgát. Szép lassan korrodál – hogy mennyire, az is látható az ábrán –, miközben a tartály makulátlan marad. Hasonló megoldást alkalmaznak földbe ásott gáz, víz vagy olajtartályok esetében is.

Természetesen a katódos védelem megoldható másként, külső feszültségforrás alkalmazásával is. Ilyenkor a védendő fém negatív potenciálját egyenfeszültség alkalmazásával biztosítják. Ennek a védelemnek a legfontosabb előnye, hogy állandóan ellenőrizhető és szabályozható. Ezért nagyméretű berendezések védelmére is alkalmas. Így védik pl. a sok száz, vagy sok ezer kilométer hosszúságú kőolaj és gázvezetékeket, valamint a nagyméretű és nagy értékű föld alatti fémberendezéseket.

9.6. megoldás

A régebbi sörösdobozok ónnal bevont vasból készültek. Az Sn/Sn2+ standardpotenciálja –0,136 V, a Fe/Fe2+ standard-potenciálja –0,44 V, így az ón megvédi a vasat a korróziótól. Az ónrétegen azonban néha apró lyukak maradtak a technológia hibáiból. Ezeken keresztül a vas egy kicsiny része Fe2+-ionná oxidálódott, az ionok pedig feloldódtak a sörben. (A vasat a sörben oldott oxigén oxidálja.)

A Fe2+-ionok miatt nem kell különösen aggódni, mert kisebb-nagyobb védelmet nyújthatnak a vérszegénység ellen. Manapság a gyártók mégis szívesebben bélelik a dobozt ellenálló szerves lakkréteggel, hogy ne „ízesítsék” a sört a feloldódó ionok.

1 Idősebb Plinius: Természetrajz. Az ásványokról és a művészetekről. Enciklopédia Kiadó, Budapest, 2001, 141. oldal.

2 Nemcsak ezt. Az alváz galvanizált felületére még több rétegben vastag és ellenálló kátrányszerű anyagot is felvisznek, így lassítva a cink korrózióját is. Ennek az anyagnak különösen jó a nedvesítőképessége a védett fémmel szemben, azaz egy kavics felverődése miatt keletkezett folytonossági hiány önmagától „begyógyul”, lassan ráfolyik a védőréteg.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

Nyomtatott megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 114 6

Kémia

A kémiának számos ága létezik (szerves, szervetlen, fizikai, analitikai, bio- és polimer-kémia stb.), de általános kémia nevű diszciplínát nem ismerünk. Mégis: a General Chemistry, Allgemeine Chemie, Общая химия kifejezések jól ismertek az egész világon. A világ minden részén százszámra találhatók ilyen címmel könyvek, és aligha van olyan egyetemi kémia fakultás, ahol ez a tantárgy ismeretlen. Az általános kémia kurzusok és könyvünk célja az, hogy az olvasó középiskolából hozott kémiai ismereteit olyan szintre segítse, amelyre a fenti szaktárgyak alapozhatnak. Feladata az alapfogalmak definiálása, mintegy a kémiai nyelv alapszókincsének megismertetése, a fontosabb fizikai és kémiai jelenségek és összefüggések megvilágítása.

A könyv több – tipográfiailag is elkülönített – szinten használható. Anyaga a középiskolai kémiától elvezet az egyetemek másod- és harmadéves fizikai kémia tárgyáig. A fontos jelenségek mellé a haladók számára mélyebb magyarázatokat mellékel, melyeket a kezdők nyugodtan átugorhatnak anélkül, hogy ez gátolná a fő gondolat-menet megértését. Az olvasót számos érdekesség, tudománytörténeti kitekintés, rengeteg színes ábra, fénykép és több száz kidolgozott példa is segíti.

Könyvünk elsőrendű célja tehát adott: bevezetés vagy inkább átvezetés a felsőfokú kémiába. A megcélzott olvasókör is adott: érdeklődő középiskolásoknak éppúgy szól, mint első- és másodéves, kémiát tanuló egyetemi hallgatóknak. Emellett ajánlható a középiskolák kémiatanárainak is: számos, a középiskolákban is könnyen használható anyagot tartalmaz – másként, mint ahogyan a középiskolákban általában tanítani szokás. Végül, de nem utolsósorban ajánljuk a könyvet mindazoknak, akik bármikor, bármilyen szinten belekóstoltak vagy belemerültek a kémia izgalmas világába.

Hivatkozás: https://mersz.hu/altalanos-kemia-uj//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero