導入
腐食とは、製造された物体が環境によって変化することを指します。最もよく知られている例は、鉄や鋼の錆び、または銅やその合金（青銅、真鍮）の緑青の形成など、酸素の有無にかかわらず、水中での金属の化学的変化です。これらの化学的変化は、 「水性腐食」という用語に分類されます。それらは、水への金属の溶解、電気化学電池の出現、濃度勾配の存在、通気の差または孔食など、いくつかの種類の影響によるものです。全体として、水腐食は非常に重大な経済的影響をもたらす現象であり、さまざまな金属保護手段が必要です。
全面腐食: 金属の溶解
金属の腐食は本質的に酸化で構成されており、これは「自然な状態に戻る」ことです。 » ただし、酸化は必ずしも元素と酸素の結合ではありません。より一般的には、対象の化合物が電子を放出する化学反応です。
たとえば、鉄は空気中の酸素の存在下で酸化して赤鉄鉱(Fe 2 0 3 ) を形成します。
- $$ {\begin{matrix} & \\ 4Fe + 3O_2 & \overrightarrow{\qquad} & 2Fe_2O_3 \\\end{matrix}} $$
書くことができます
- $$ {\begin{matrix} & \\ 4Fe & \overrightarrow{\qquad} & 4Fe^{3+} + 12e^- \\\end{matrix}} $$
- $$ {\begin{matrix} & \\ 3O_2 +12e^- & \overrightarrow{\qquad} &6O^{2-} \\\end{matrix}} $$
したがって、ヘマタイトはイオン結晶(Fe 3+ 2 、O 2-3 ) として説明できますが、これは完全に正確ではありませんが、酸化現象への良いアプローチを提供します。反応中に鉄は電子を失い、酸化されると言われます。したがって、酸素は電子を獲得します。つまり、酸素は還元されると言います。
水環境における金属の腐食は金属の酸化によって起こりますが、必ずしも水に溶けた空気中の二酸素によって起こるわけではありません。酸化は他の化学種、特にイオンによっても起こる可能性があります。
鉄を酸性溶液（ pH < 7）に浸すと、二水素が放出されて鉄が溶解します。実際、これは水環境における腐食の加速バージョンです。
- $$ {\begin{matrix} & \\ 2Fe & \overrightarrow{\qquad} & 2Fe^{3+} + 6e^- \\\end{matrix}} $$
その後、Fe 3+イオンは溶液に入り、水に溶けている酸素と結合して赤鉄鉱を形成する可能性があります。この溶解は酸性環境で促進されますが、いずれの場合でも水には H 3 O +イオンが含まれるため、中性 ( pH = 7) または塩基性 ( pH > 7) 水溶液でも可能です。
この酸化による水への溶解は、全面腐食と呼ばれます。
溶解せずに酸化が起こることもあります。たとえば、酸素はアルミニウムと反応して酸化物層 (アルミナ Al 2 O 3 ) を形成します。この層が緻密で粘着性がある場合、部品を保護します。金属は不動態化されていると言われています。不動態化された部分は溶解し続けますが、非常に遅い速度で、いわゆる「不動態」酸化物層がスクリーンを形成します。したがって、部品は腐食から完全に保護されていると考えられます。
水中での鉄の安定性は以下によって決まります。
- pH 、水中の H 3 O +イオンの濃度を決定します。
- 溶液に対する鉄部分の電位であり、電子が鉄から離れる能力を決定します。
したがって、鉄 (Fe) の安定ゾーン、Fe 2+イオン(または「鉄 II イオン」) の安定ゾーン、鉄の安定ゾーンを示す電位-pHダイアグラム ( E 、 pH ) を描くことができます。 Fe 3+イオン（または「鉄 III イオン」）と不動態化ゾーン。したがって、これは一種の「地図」であり、境界線で区切られた領域は、種が安定である値のペア ( E 、 pH ) を示します。この図はプールベ図と呼ばれ、すべての金属に対して描くことができます。
材料が環境に適しているかどうかを知るには、その材料のプールベ図を見るだけです。カップル ( E 、 pH ) が安定ゾーンに位置する場合、材料は全面腐食から保護されます。
