Металл встречается повсюду в человеческом быту, поэтому ржавчина — факт жизни, с которым приходится мириться. Портал theconversation.com рассказал, что она собой представляет, из-за чего появляется и как люди борются с ней.
Представьте, что новенький, отполированный металлический велосипед остался на улице под дождем. По мере того, как вода скапливается на его поверхности, кислород из окружающего воздуха находится рядом, и вместе они начинают атаковать металл.
Железо велосипеда, вода и кислород вступают в химическую реакцию. Они формируют оксид железа — ржавчину, которая накапливается со временем. Причем эта красно-коричневая субстанция не просто неприятна; она свидетельствует о том, что металл разлагается.
Химики называют этот процесс окислением. Железо очень уязвимо к влиянию влаги и воздуха. Первая помогает атомам железа легче сбрасывать негативно заряженные электроны, второй — «крадет» эти электроны, что делает металл слабым и хрупким. Однако здесь стоит отметить, что это естественный феномен; очищенной железо, по сути, пытается вернуться к своей изначальной, окисленной, форме — железной руде.
Ржавчина появляется везде, где встречаются металл и вода. Окисление часто повреждает не только велосипеды, но и автомобили, или старые водопроводные трубы — они ржавеют изнутри. На кухне вода, застоявшаяся в раковине или у кранов, приводит к появлению желтовато-оранжевых пятен ржавчины, которые не всегда можно легко оттереть.
Если взять объекты покрупнее, то ржавчине подвергнуты корабли и мосты. Окисление кормы больших транспортных кораблей способно привести к протечкам или даже целым катастрофам, на восстановление после которых организации ежегодно тратят огромные деньги. Причем соль лишь ускоряет процесс окисления. Именно по этой причине в снежных регионах машины могут ржаветь быстрее: соль, которой посыпают дороги, не только растапливает лед.
При этом нужно помнить, что ржавчина — термин для специфического типа коррозии, которому подвержены железо и сталь. Но химически деградировать, при стечении определенных обстоятельств, может и любой другой металл. Даже у старых статуй нет иммунитета. Видели когда-нибудь в парках зеленовато-синие памятники? Они не окрашены в такой цвет — это патина, или версия ржавчины, уникальная для меди.
Разобравшись в химических механизмах появления ржавчины, ученые поняли, как можно замедлить процесс окисления или остановить его на корню, чтобы защитить металлические объекты. Так, один из самых простых способов — это покраска металлической поверхности. Слой краски выполняет роль водонепроницаемого барьера, который изолирует металл от воздуха и влаги — двух ключевых компонентов ржавчины. На худой конец металлические предметы можно просто хранить в сухом месте — это минимизирует влагу.
Есть и другой метод — химическая техника под названием гальванизация, которая позволяет покрыть один металл другим, более реактивным. Например, цинком. Он ржавеет быстрее, чем железо, что формирует поверх железа стабильный слой оксида цинка, выступающий барьером для дальнейшей коррозии. Но рано или поздно он изъедается до конца, что обнажает уязвимую железную поверхность.
Наконец, именно для противодействия коррозии появилась нержавеющая сталь — стойкий сплав железа с другими металлами, такими как хром. При воздействии кислорода хром формирует стабильный слой оксида в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. Он незаметен невооруженному взгляду, плотно прилегает к металлу и предотвращает возникновение ржавчины. Помимо этого, слой оксида хрома восстанавливается сам по себе — если поцарапать его, то барьер починит сам себя. Поэтому нержавеющую сталь используются повсюду, как в кухонных раковинах, так и в хирургических инструментах.