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

CAR-T-клетки получили прямо в организме четырех пациентов CAR-T-клетки получили прямо в организме четырех пациентов

Результаты испытаний технологии для получения противоопухолевых Т-лимфоцитов

N+1
А вы знаете, кто жена Деда Мороза и где родители Снегурочки? Пришло время раскрыть тайну! А вы знаете, кто жена Деда Мороза и где родители Снегурочки? Пришло время раскрыть тайну!

Что связывает священника с современным Дедом Морозом, кроме бороды?

ТехИнсайдер
ГМ-бактерия разрушила избыточные оксалаты в кишечнике крыс и людей ГМ-бактерия разрушила избыточные оксалаты в кишечнике крыс и людей

Как ученые создали бактерию для борьбы с кишечной гипероксалурией

N+1
Женская доля: сколько предпринимательниц в РФ и как они строили бизнес в 2022 году Женская доля: сколько предпринимательниц в РФ и как они строили бизнес в 2022 году

Как одни женщины спасали свой бизнес, а другие увидели возможности для развития

Forbes
Лето без хита: почему в музыке не хватило героев и при чем тут Морган Уоллен Лето без хита: почему в музыке не хватило героев и при чем тут Морган Уоллен

Год без хита: как музыка ушла в прошлое

Правила жизни
Pantone назвали цвет 2023 года. Как его выбирают и зачем это нужно? Pantone назвали цвет 2023 года. Как его выбирают и зачем это нужно?

Как можно предсказать главный цвет на год вперед?

Правила жизни
Ком в горле: как эмоции связаны с телом Ком в горле: как эмоции связаны с телом

Как наши эмоции влияют на самочувствие и как избавиться от горлового зажима

Psychologies
Модель для доллара: чему крипторынок может научить классических финансистов Модель для доллара: чему крипторынок может научить классических финансистов

Криптовалюты помогают моделировать критические ситуации на финансовом рынке

Forbes
Бесшумен и смертоносен: рассказываем, как устроен глушитель Бесшумен и смертоносен: рассказываем, как устроен глушитель

Как работает «бесшумное» огнестрельное оружие?

ТехИнсайдер
Ольга Донцова: самая большая продолжительность жизни — у академиков Ольга Донцова: самая большая продолжительность жизни — у академиков

Академик Ольга Донцова — об антибиотиках и вирусах

Наука
Время Большого Пса. Зимнее небо Время Большого Пса. Зимнее небо

Главная достопримечательность созвездия Большого Пса — это Сириус

Наука и жизнь
Почему человеку нравятся кошки Почему человеку нравятся кошки

Задумывались ли вы когда-нибудь, почему именно нам нравятся коты?

ТехИнсайдер
11 необычных мест для зимних путешествий по России 11 необычных мест для зимних путешествий по России

Необычные и самые классные локации для путешествия по России

VOICE
Лишнего не надо Лишнего не надо

Что объединяет Памелу Андерсон и Анджелину Джоли?

VOICE
Коротко: почему банки США закрывают отделения с банковскими ячейками Коротко: почему банки США закрывают отделения с банковскими ячейками

Почему банки с ячейками иногда работают в убыток?

VC.RU
Как птица с копьем в горле решила парадокс, над которым ученые спорили тысячелетиями, от Аристотеля и до начала XIX века Как птица с копьем в горле решила парадокс, над которым ученые спорили тысячелетиями, от Аристотеля и до начала XIX века

Как один аист прояснил картину миграции птиц

ТехИнсайдер
484 сантиметра на двоих: трагическая история любви самой высокой пары в мире 484 сантиметра на двоих: трагическая история любви самой высокой пары в мире

Как считаете, какого живется людям, чей рост составляет почти 2,5 метра?

ТехИнсайдер
«Уже и пальто подать нельзя»: как деловой этикет помогает избегать харассмента «Уже и пальто подать нельзя»: как деловой этикет помогает избегать харассмента

Почему проявления вежливости могут быть неуместными

Forbes
Как понять, что вас сильно критиковали в детстве: 12 признаков — проверьте себя Как понять, что вас сильно критиковали в детстве: 12 признаков — проверьте себя

Какие признаки указывают на то, что вы стали жертвой критикующих родителей?

Psychologies
Богатые и невезучие: 20 миллиардеров, попавших в паутину Сэма Бэнкмана-Фрида Богатые и невезучие: 20 миллиардеров, попавших в паутину Сэма Бэнкмана-Фрида

Внезапный крах FTX ударил по состояниям как минимум 20 богатейших людей мира

Forbes
История браузера на телефоне: как посмотреть и почистить История браузера на телефоне: как посмотреть и почистить

Как посмотреть историю в самых популярных мобильных браузерах

CHIP
В ногу со временем В ногу со временем

Элегантный и актуальный интерьер в стиле современной классики

SALON-Interior
Скрываем последствия бурной ночи: 6 способов избавиться от запаха перегара Скрываем последствия бурной ночи: 6 способов избавиться от запаха перегара

Чтобы скрыть факт попойки, используйте эти хитрости!

ТехИнсайдер
Большая перемена Большая перемена

Облачные решения позволяют удаленно контролировать работу техники

Men Today
В главных ролях В главных ролях

Светлана Ходченкова – о ролях, велоспорте, днях рождения и новогодних чудесах

VOICE
Чемпионат эмира: как футбол обеспечивает национальную безопасность Катара Чемпионат эмира: как футбол обеспечивает национальную безопасность Катара

Как Катар сохраняет свою независимость в непростом окружении

Forbes
Отрывок из романа Джеймса Хогга, впервые переведенного на русский Отрывок из романа Джеймса Хогга, впервые переведенного на русский

Отрывок из истории Джеймса Хогга о жестоких преступлений XVII–XVIII веков

СНОБ
Миллионы и миллиарды марок Миллионы и миллиарды марок

Почтовые марки Германии, которые тщетно пытались успеть за ценами

Дилетант
«Русский святочный рассказ». Монография о культурном феномене «Русский святочный рассказ». Монография о культурном феномене

Отрывок из книги Елены Душечкиной «Русский святочный рассказ»

СНОБ
Герой нашего премиума Герой нашего премиума

Есть автомобили-символы, которые показывают, кто мы и где находимся

Автопилот
Открыть в приложении