معادلة صدأ الحديد

الصيغة الكيميائية لصدأ الحديد

Fe₂O₃.3H₂O

صدأ الحديد بالانجليزي

Iron rust

تعريف صدأ الحديد

الحديد (بالإنجليزية: Iron) وهو عنصر كيميائي معدني، موجود في المجموعة الثامنة في الجدول الدوري، وهو المعدن الأكثر استخداماً، ويشكل 5% من قشرة الأرض، كما أنّه أكثر المعادن وفرةً، وهو مادة صلبة هشة، يتآكل الحديد في شكله النقي بسرعة عند تعرضه للهواء الرطب، وارتفاع درجات الحرارة، ووفقاً لمختبر جيفرسون (Jefferson Lab)، فإنه عنصر حيوي لبقاء الكائنات الحية، كما أنه يلعب دوراً مهماً في إنتاج الكلوروفيل في النباتات، وهو أحد مكونات الهيموجلوبين في الدم، وهو البروتين الموجود في الدم، والذي يعمل على نقل الأكسجين من الرئتين إلى أنسجة الجسم.

ميكانيكية صدأ الحديد

يشير مفهوم الصدأ (بالإنجليزيّة: Rust) تحديداً إلى أكاسيد الحديد أو سبائكه كالفولاذ، والذي يتشكل بلونه الأحمر الشائع عند تفاعل الأكسجين مع الحديد بوجود الماء، كما قد يظهر بعدة ألوان أخرى كالبني، والأصفر، والبرتقالي، والأخضر أيضاً، ولا يحدث صدأ الحديد في الهواء الجاف على الرغم من أنّه يتكون من 20% تقريباً من الأكسجين، بل يتطلب وجود الهواء الرطب لإتمام ذلك.

تعدّ عملية تكوّن الصدأ مثالاً على التآكل (بالإنجليزيّة: corrosion) الذي يشكل عمليةً كهروكيميائية تتكون من مصعد anode، وهو قطعة معدنية سهلة التخلي عن إلكتروناتها، ومهبط Cathode وهو قطعة من المعدن تستقبل الإلكترونات بسهولة، بالإضافة إلى الإلكتروليت (بالإنجليزيّة:electrolyte)، والذي يشكل السائل المُساعد على تحريك الإلكترونات، فعندما يتآكل المعدن يساعد الإلكتروليت على تزويد المصعد بالأكسجين، والذي يتفاعل معه مُطلقاً الإلكترونات التي تنتقل خلال الإلكتروليت لتصل إلى المهبط، مما يؤدي إلى تحلل واختفاء المعدن المكوَن للمصعد من خلال التدفق الكهربائي، أو تحويله إلى أيونات موجبة cations معدنية على صورة الصدأ.

معادلة صدأ الحديد

في تكوّن صدأ الحديد يتفاعل الماء (الذي يشكّل إلكرتوليتاً جيداً) مع ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء لتكوين حمض الكربونيك carbonic acid الضعيف، والذي يعدّ إلكتروليتاً أفضل، وعند تحلل الحديد، وتكوّن الحمض يتحلل بعض الماء إلى مكوناته الأساسية وهي الأكسجين والهيدروجين، فيرتبط الأكسجين الحر مع الحديد لتشكيل أكسيد الحديد في عملية تحرر الإلكترونات من المصعد المكوّن من الحديد، والتي تنتقل إلى المهبط الذي قد يكون معدناً آخر أقل تفاعلاً كهربائياً، أو نقطةً أخرى توجد على نفس قطعة الحديد، وتعدّ المركبات الكيميائية التي تحتوي عليها السوائل المختلفة كالمطر الحمضي، ومياه البحر محاليل إلكتروليتية أفضل من الماء النقي، حيث يساهم وجودها في تسريع تكوّن صدأ الحديد، أو الأشكال الأخرى من التأكل للمعادن المختلفة،وتتمثل التفاعلات الكهروكيميائية المكوّنة للصدأ في ما يأتي:

• أكسدة الحديد في محلول مائي، والذي يتمثل في المعادلة: (-2Fe→ 2Fe2+ + 4e).
• اختزال المهبط للأكسجين المُذاب في الماء كما في المعادلة: (-O2 + 2H2O + 4e – → 4OH).
• تفاعل أيونات الحديد والهيدروكسيد لتكوين هيدروكسيد الحديد كما في المعادلة: (2Fe2+ + 4OH- → 2Fe(OH)2).
• تفاعل أكسيد الحديد مع الأكسجين لتكوين الصدأ ذو اللون الأحمر (Fe2O3.H2O).

طرق الوقاية من صدأ الحديد

الستانلس ستيل

يتكون الصدأ بسبب تعرض سطح الحديد للماء والهواء، ويُمكن حمايته من التعرض لهذا الصدأ بطلائه وتغطيته بمادة مقاومة للماء والهواء ، وهي الفولاذ المقاوم للصدأ (الستانلس ستيل)، والذي يحتوي على عنصر الكروم الذي يشكل أكسيداً يشبه إلى حد كبير كيفية تشكل الصدأ من الحديد، ولكن الفرق أن إكسيد الكروم لا يتقشر، وبالتالي فإنه يشكل طبقة واقية من الفولاذ.

الطلاء والدهان

يمكن حماية الحديد من التعرض للصدأ عن طريق دهنه وطلائه بالدهان المخصص لحمايته من الصدأ، حيث يتم دهن قضبان الحديد بهذا الدهان الذي يقي سطح الحديد من التعرض للرطوبة والماء المباشر، وبالتالي يحميه من التعرض لأي صدأ وتأكسد، وتجدر الإشارة ههنا، إلى ضرورة تجديد الدهان كل فترة وأخرى لضمان عدم تقشر الدهان وبالتالي وصول الماء والرطوبة للحديد، وتعرضه للصدأ.

الجلفنة

يتعرض الحديد للصدأ أحياناً بسبب تعرضه للتآكل الجلفاني الذي يحدث نتيجةً للإتصال الذي يحدث بين أقطاب المعادن المختلفة بسبب تعرضها للإلكتروليت (مثل المياه المالحة) الذي يخلق مسارًا كهربائيًا للتوصيل بين أقطاب المعادن، بحيث تتدفق أيونات المعادن من المعدن الأكثر نشاطًا إلى المعدن الأقل نشاطًا، مما يؤدي إلى تآكل المعدنين، ولكن بوقت زمني مختلف، ويُمكن منع هذا التآكل من الحدوث عن طريق منع تدفق الأيونات بين المعادن إما بوضع طبقة واقية أو بالجلفنة التي تتم عن طريق طلاء الحديد أو الفولاذ بطبقة رقيقة من الزنك الذي يمنع الأكسجين والماء من الوصول إلى المعدن الموجود في الأسفل.

طرق أخرى لحماية الحديد من الصدأ

يمكن حماية تعرض الحديد من الصدأ بأحد الطرق الأخرى التالية:

• التزييت: الذي يمكن عمله مع سلاسل الدراجات.
• التشحيم: الذي يتم تطبيقه في حماية المسامير من التعرض للصدأ.
• القصدير: حيث يتم وضع طبقة رقيقة من القصدير على الحديد لمنع تعرضه المباشر للهواء والماء، كما في علب الطعام.

معالجة صدأ الحديد

محلول الخل الأبيض المُقطّر

يُمكن التخلّص من الصدأ الموجود على المعادن باستعمال الخل الأبيض المُقطّر والملح، إذ سيزيد الملح من فعاليّة الحمض الموجود في الخل، ويُمكن تطبيق ذلك من خلال اتباع الخطوات الآتيّة:

• ملء وعاء كبير مصنوع من مادة غير قابلة للتفاعل؛ كالبلاستيك أو الزجاج بما يُقارب 3.8 لتر من الخل الأبيض المُقطّر، ثمّ إضافة كوب من ملح الطعام، وتحريك الخليط حتّى يتجانس.
• وضع القطعة الصدئة في محلول الخل والملح المُجهّز، مع مراعاة التأكّد من غمرها بشكل كامل، وتركها في المحلول لمدّة تتراوح من نصف يوم إلى بضعة أيام؛ وذلك حسب درجة الصدأ، ويُراعى مراقبة القطعة بشكل دوريّ بعد اثنتي عشرة ساعة.
• ارتداء زوج من القفازات المطاطيّة؛ لحماية اليدين من الصدأ، ثمّ فرك الصدأ باستعمال مادة كاشطة؛ كالسلكة، أو رقائق الألومنيوم، أو غيرها.
• ملء وعاء بما يُقارب 3.8 لتراً من الماء مع كوب من صودا الخبز، وتحريك الخليط حتّى يمتزج، ونقع القطعة الخالية من الصدأ في المحلول لمدّة عشر دقائق تقريباً؛ لمعادلة الحمض في الخل، ثمّ فرك القطعة بأداة كاشطة إذا لزم الأمر؛ للتخلّص من أي آثار للصدأ، ثمّ فرك المعدن بقطعة قماش قطنيّة منقوعة بالكحول الإيثيلي؛ للتخلّص من الرطوبة الزائدة، ثمّ فركه بزيت ماكينات خفيف؛ لمنعه من الصدأ مرّةً أخرى.

الليمون

يُساعد الليمون على التخلّص من الصدأ، ويُمكن تطبيق ذلك من خلال اتباع الخطوات الآتية:

• فرك القطعة الصدئة بالملح، وتغليفها جيداً به، ثمّ وضع عصير الليمون الحامض على الملح، والضغط على القطعة قدر المستطاع، وتركها لمدّة ساعتين أو ثلاث ساعات.
• تنظيف القطعة من خلال فركها بالسلكة، أو قشر الليمون وهو الخيار الأفضل؛ لتجنّب إتلاف المعدن.

صودا الخبز والبطاطا

يُمكن استعمال صودا الخبز والبطاطا لإزالة الصدأ عن المعادن، وذلك من خلال اتباع ما يأتي:

• تقطيع البطاطا إلى نصفين، ورش الجانب المُقطّع بالملح أو صودا الخبز، ثمّ فرك القطعة الصدئة بالجانب المقطوع من البطاطا، إذ سيقوم الحمض الموجود في البطاطا بإزالة الصدأ، بينما سيُساعد الملح أو صودا الخبز في تنظيفه.
• غسل القطعة، وتجفيفها قبل استعمالها مرّةً أخرى.

ملاحظة: يُمكن التخلّص من الصدأ الموجود على سكاكين المطبخ من خلال غمسها في البطاطا، وتركها خلال اليوم، ثمّ سحبها من البطاطا، وستتمّ إزالة الصدأ مباشرة.

حمض الأكساليك

يُساعد حمض الأكساليك (بالإنجليزيّة: oxalic acid) على التخلّص من الصدأ، ويُمكن استخدامه من خلال ما يأتي:

• اتخاذ الاحتياطات الوقائيّة قبل البدء في التطبيق، وذلك من خلال ارتداء قفازات مطاطيّة، ونظارات واقية، وملابس واقية، بالإضافة إلى تجنّب التدخين، أو استنشاق أبخرة الحمض مباشرة.
• غسل المادة الصدئة بسائل شطف الغسيل، وتجفيفها جيداً.
• خلط ملعقة صغيرة من حمض الأكساليك مع 250 مليلتراً من الماء الدافئ.
• نقع القطعة الصدئة لمدّة ثلث ساعة تقريباً، أو تنظيفها بقطعة قماش أو فرشاة نحاسيّة.
• غسل القطعة جيداً، ثمّ تجفيفها بعد إزالة الصدأ.

ما هي اضرار صدأ الحديد علي جسم الانسان؟ –

يعدُّ الصدأ من أبرز المشاكل التي يواجهها الإنسان في الصناعات، فالحديد يدخل بشكلٍ كبير في صنع أنابيب توصيل الماء للمنازل وفي صنع بعض الأواني والعلب الصناعية، وقد بينت الدراسات أنَّ أضرار الصدأ على جسم الإنسان عديدة وأبرزها:

• يسبّبُ الحساسيّة في حال ملامسة الجلد للصدأ، فيظهر الاحمرار والطفح الجلديّ.
• التعرّض لغبار الصدأ يؤدي إلى تهيج العين والتحسس فيها.
• إذا تمّ تناوله بكمية كبيرة فسيؤدي إلى اضطراب وتهيج المعدة.
• وأخطر أضرار الصدأ على جسم الإنسان تكون في حالة استنشاق الغبار الناتج عن الصدأ، فهذا يؤدي إلى السعال وتهيج الرئة.
• كما أنَّ استنشاق غبار الصدأ على المدى الطويل يؤدي إلى حالة مرضية تسمى siderosis، بحيث يترسب أكسيد الحديد في الرئة.