Как защититься от коррозии металла

N+1Наука

За нами не заржавеет

Как защититься от коррозии металла

Наталья Самойлова

Коррозии подвластно все: от велосипеда, который вы оставили под дождем, до мостов, самолетов и нефтяных танкеров. Нередко она становится причиной страшных аварий, а на борьбу с ее последствиями человечество каждый год тратит 3,4 процента ВВП. Вместе с Уральским федеральным университетом (УрФУ) разбираемся, с чего начинается процесс коррозии, почему нельзя сажать медную обшивку на железные гвозди и как нам могут помочь бактерии и 3D-печать.

Медь, железо и гады морские

В 1761 году сотрудники Британского адмиралтейства решились на смелый эксперимент: покрыть деревянное судно медной обшивкой. Предполагалось, что она защитит корпус и днище от моллюсков, которые нарастали вокруг киля и тормозили движение судна. Некоторые разновидности этих беспозвоночных даже протачивали деревянные доски. Медь должна была уберечь деревянный корпус, а ее уже известные к тому моменту токсические свойства — не дать моллюскам прицепиться сверху.

Полем для экспериментов стал новый 32-пушечный фрегат Alarm, спущенный на воду в 1758 году. Обшивку сделали из тонких медных листов, которые закрепили на дереве с помощью железных гвоздей. После этого Alarm снова отправился в плавание. Когда спустя два года фрегат вытащили на берег и тщательно осмотрели, выяснилось, что медная обшивка выполнила свою задачу на отлично. Деревянный корпус фрегата почти не пострадал, а слой моллюсков, наросший вокруг киля, был совсем небольшим. Но вот сама обшивка оказалась не в лучшем состоянии и местами уже буквально отваливалась — и все из-за железных гвоздей, некоторые из которых проржавели насквозь.

Инженеры, которые осматривали корабль, удивились: железные гвозди и другие детали до этого уже использовали в кораблестроении, но никогда они не выходили из строя так быстро. Более детальный осмотр выявил еще один удивительный факт: сильнее всего пострадали гвозди, которые находились с медью в непосредственном контакте, а те, что были изолированы деревом или вощеной бумагой, сохранились лучше.

Аlarm сражается против двух испанских судов. Битва происходила в 1762 году — как раз во время эксперимента с медной обшивкой. Dominic Serres / Capture of the Spanish ships Thetis and Phenix by the Alarm in the West Indies

Сотрудники Адмиралтейства сделали вывод, что медь можно использовать для защиты судов, но между слоями железа и меди необходимо делать изолирующие прокладки. Эта история — один из первых изученных и описанных в литературе случаев электрохимической коррозии металлов.

Что такое коррозия

Коррозией называют разрушение металла в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Науке известно множество видов коррозии, и все они начинаются по-разному.

Самый простой вариант коррозии — химическое окисление. В воздухе содержится 21 процент кислорода, который является сильным окислителем и всегда готов вступить в реакцию с металлами, превращая их в соответствующие оксиды. Чтобы оценить принципиальную возможность и скорость этого процесса, нужно учесть активность конкретного металла, давление кислорода и температуру.

Самые активные щелочные металлы — литий, натрий и другие — мгновенно вступают в бурную реакцию с кислородом, поэтому в лабораториях их хранят под слоем керосина. Благородные металлы, например золото и платина, не окисляются даже при самых высоких температурах. Платиновые тигли можно использовать для проведения термогравиметрического анализа при температурах вплоть до 1600 градусов Цельсия.

Остальные металлы располагаются где-то между этими крайними случаями. Например, железо (Fe) начинает активно реагировать с кислородом воздуха при температуре выше 200 градусов Цельсия, а без нагревания реакция идет медленно. Слой оксида, появившийся на поверхности металла, дополнительно ее замедляет: новым молекулам кислорода становится труднее добраться до поверхности металла. Поэтому в сухом воздухе конструкции из железа и близких по активности металлов сохраняются достаточно хорошо.

Но все меняется, когда в дело вступает вода.

Просто добавь воды

Как правило, на металлических конструкциях встречаются детали, выполненные из другого металла или сплава, например заклепки и сочленения. Во время погружения в воду место контакта двух металлов работает как гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока. Никакие провода для этого не требуются — точнее, проводником выступает вся металлическая конструкция. Более активный (с более низким электродным восстановительным потенциалом) металл становится «анодом»: он передает часть электронной плотности другому металлу, а сам начинает растворяться, переходя в состояние катиона. Менее активный металл выступает в роли «катода»: полученные электроны на нем используются для восстановления кислорода.

Затем два новых иона, катион металла и кислородсодержащий анион, соединяются и образуют гидроксид или оксид. Второй металл, как правило, в химические превращения не вступает и остается только проводником электронов. При этом образующийся оксид постоянно находится в контакте с жидкостью. Вода с растворенным кислородом может проникать под слой оксида и взаимодействовать с ним, и тогда реакция продолжается. Как раз такой процесс и произошел в обшивке фрегата Alarm: катодом стала медь, а анодом — железные гвозди.

Нежелательный гальванический элемент может образоваться и на однородной металлической конструкции — возле дефекта, шероховатости или загрязнения. Все подобные процессы относятся к электрохимической коррозии.

Если металл взаимодействует с растворами кислот, коррозия происходит еще быстрее. В этом случае необязательно, чтобы разные металлы соседствовали друг с другом: металл может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с катионами водорода H

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Химики использовали иодид самария как катализатор Химики использовали иодид самария как катализатор

Как химики научились применять иодид самария в каталитических количествах

N+1
Лучшие масла для жарки: советы от экспертов Лучшие масла для жарки: советы от экспертов

Как сделать жареные продукты менее губительными для здоровья?

ТехИнсайдер
Вавилонская башня: самые сложные и самые простые языки для изучения Вавилонская башня: самые сложные и самые простые языки для изучения

Почему одни языки легче выучить, чем другие?

ТехИнсайдер
Свой – чужой Свой – чужой

На что похожи «Москвичи»

Автопилот
Как научить себя высыпаться. Советы сомнолога Как научить себя высыпаться. Советы сомнолога

Врач-сомнолог делится практическими советами по улучшению сна

СНОБ
Быть, а не казаться Быть, а не казаться

Шеф-повара смело ломают стереотипы и не боятся двигаться вперед

Bones
Вместо елки Вместо елки

7 растений к Новому году

Лиза
Как главная звезда фильмов 1990-х Кёрсти Элли лишилась контрактов, славы и красоты из-за обжорства Как главная звезда фильмов 1990-х Кёрсти Элли лишилась контрактов, славы и красоты из-за обжорства

История борьбы Кёрсти Элли с лишним весом

VOICE
Этот женский гормон может спасти от бреда. Стоит узнать! Этот женский гормон может спасти от бреда. Стоит узнать!

Делирий можно предотвратить с помощью особого гормона

ТехИнсайдер
Знакомство с родителями Знакомство с родителями

Как зарабатывают и чем владеют родственники нового британского премьера

Деньги
Глинтвейн Глинтвейн

Глинтвейн согреет душу, прогонит хандру, поможет справиться с простудой

Здоровье
Цикорий: польза и вред Цикорий: польза и вред

Цикорий — полезная альтернатива кофе

VOICE
Не «Уэнсдей» единой: что посмотреть с Дженной Ортегой Не «Уэнсдей» единой: что посмотреть с Дженной Ортегой

Что еще можно посмотреть с юной мисс Аддамс.

Правила жизни
Изменение сознания: что такое ментальная революция и почему она так важна для нашего общества Изменение сознания: что такое ментальная революция и почему она так важна для нашего общества

Мир кардинально изменился, а вместе с ним — наша психика и мышление

Psychologies
Настоящий де Ла Моль Настоящий де Ла Моль

«Это был молодой человек лет двадцати четырёх — двадцати пяти»

Дилетант
Anna Asti Anna Asti

Блиц-опрос певицы Anna Asti

ЖАРА Magazine
Почему жены подают на развод чаще, чем мужья: объяснение психотерапевта Почему жены подают на развод чаще, чем мужья: объяснение психотерапевта

Как сохранить союз, который оказался не таким идеальным, как вы представляли?

Psychologies
Зачем рыбы летают: странное поведение животных Зачем рыбы летают: странное поведение животных

Летать дано не всем: птицам, летучим мышам и… рыбам!

ТехИнсайдер
Дорого и долго. 5 мифов о здоровом питании Дорого и долго. 5 мифов о здоровом питании

Переход на ЗОЖ будет легким и приятным, если избавиться от стереотипов

Лиза
Энди Уорхол — самый дорогой художник: 10 крупнейших аукционных продаж 2022 года Энди Уорхол — самый дорогой художник: 10 крупнейших аукционных продаж 2022 года

10 самых дорогих лотов в категории послевоенного и современного искусства

Forbes
Детство на тарелке Детство на тарелке

«Советскую» тему художница начала случайно, и больше для себя

Новый очаг
Успеть в последний момент Успеть в последний момент

Несколько маршрутов, куда можно отправиться в каникулы с семьей

Лиза
«Мы не ожидали, что мир настолько жесток». Как не терять веру в людей и принимать происходящее «Мы не ожидали, что мир настолько жесток». Как не терять веру в людей и принимать происходящее

Как научиться принимать происходящее и не терять веру в окружающих?

Psychologies
Как очистить память на айфоне: 7 способов Как очистить память на айфоне: 7 способов

Как избавиться от ненужных приложений и файлов на айфоне?

CHIP
Одна вокруг света: «Замок принцессы» на пляже и старинный город Олинда Одна вокруг света: «Замок принцессы» на пляже и старинный город Олинда

197-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Параиба

Forbes
Только сатану не призвали. История самой страшной рок-группы Только сатану не призвали. История самой страшной рок-группы

Необычные перформансы и рок: группу Mayhem сложно переплюнуть

ТехИнсайдер
Сколько весит одно облако: ответ вас удивит Сколько весит одно облако: ответ вас удивит

Можно ли взвесить облако?

ТехИнсайдер
Как перестать злиться на бывшего: 3 простых шага — следуйте нашей инструкции Как перестать злиться на бывшего: 3 простых шага — следуйте нашей инструкции

Как научиться контролировать эмоции?

Psychologies
Страшная тайна испанского двора: как выстрел короля Хуана Карлоса I наповал убил его младшего брата Страшная тайна испанского двора: как выстрел короля Хуана Карлоса I наповал убил его младшего брата

"Почетный король" Хуан Карлос Бурбон — персонаж скандальный

VOICE
Эта дворянская семья влияет на Россию столетиями! Вы точно знаете их Эта дворянская семья влияет на Россию столетиями! Вы точно знаете их

Семьи служителей царя, поэтов и кинематографистов, влияющие на Россию

ТехИнсайдер
Открыть в приложении