التآكل المائي
التآكل المائي هو التدهور الكهروكيميائي للمعادن الملامسة للبيئات المحتوية على الماء، مدفوعًا بتفاعلات الذوبان المصعدي والاختزال المهبطي المقترنة.
Definition
الأكسدة الكهروكيميائية لمعدن في بيئة تحتوي على الماء، حيث يتوازن ذوبان المعدن في المواقع المصعدية مع تفاعل اختزال في المواقع المهبطية على نفس السطح أو سطح مقترن.
Scope
يغطي هذا الموضوع الآلية الكهروكيميائية للتآكل في الأوساط المائية: الذوبان المصعدي للمعدن والاختزال المهبطي للأكسجين أو أيونات الهيدروجين، جهد التآكل المختلط وتيار التآكل، الاستقرار الديناميكي الحراري الموضح بواسطة مخططات بوربيه (Pourbaix diagrams)، والأشكال الرئيسية للهجوم مثل التآكل المنتظم، التآكل الغلفاني، التآكل التنقري، وتآكل الشقوق. وهو الأساس للتنبؤ بتدهور المواد وقياسه كميًا.
Core questions
- ما هي التفاعلات المصعدية والمهبطية التي تتحد لتآكل معدن في الماء؟
- كيف يحدد جهد التآكل وتيار التآكل معدل فقدان المعدن؟
- كيف تتنبأ مخططات بوربيه (Pourbaix diagrams) بما إذا كان المعدن يتآكل أو يتخمل أو يكون محصنًا؟
- ما الذي يميز التآكل المنتظم عن الأشكال الموضعية مثل التآكل التنقري والهجوم الغلفاني؟
Key theories
- نظرية الجهد المختلط
- يصل المعدن المتآكل إلى جهد تآكل ثابت حيث تتوازن التيارات المصعدية والمهبطية الكلية؛ ويعطي حجم هذا التيار المتوازن، الذي يمكن الحصول عليه عن طريق استقراء تافيل (Tafel extrapolation)، معدل التآكل.
- مخططات الجهد-الأس الهيدروجيني (بوربيه)
- تحدد خرائط جهد القطب مقابل الأس الهيدروجيني (pH) المناطق التي يكون فيها المعدن محصنًا ديناميكيًا حراريًا، أو يتآكل بنشاط، أو يتخمل، مما يوجه تقييم قابلية التآكل.
Clinical relevance
يُعد التآكل المائي أساسًا لفشل وصيانة خطوط الأنابيب والجسور والسفن والغرسات الطبية الحيوية؛ وفهم كيميائه الكهربائية يُمكّن من التنبؤ بالعمر الافتراضي، واختيار المواد، واستراتيجيات الحماية التي تخفف من التكاليف الاقتصادية وتكاليف السلامة الهائلة.
History
أرسى إيفانز (Evans) الطبيعة الكهروكيميائية للتآكل في أوائل القرن العشرين؛ وقام فاغنر وتراود (Wagner and Traud) بصياغة نظرية الجهد المختلط في عام 1938، وجمع بوربيه (Pourbaix) مخططات التوازن بين الجهد ودرجة الحموضة (pH) في منتصف القرن العشرين، مما أضفى معًا أساسًا كهروكيميائيًا كميًا للتآكل.
Key figures
- Ulick R. Evans
- Marcel Pourbaix
- Carl Wagner
- Wilhelm Traud
Related topics
Seminal works
- jones1996
- pourbaix1974
- bard2001
Frequently asked questions
- لماذا يتآكل معدنان مختلفان متلامسان بشكل أسرع؟
- عندما يتم توصيل معادن غير متشابهة كهربائيًا في إلكتروليت، يصبح المعدن الأكثر نشاطًا هو المصعد ويذوب بشكل تفضيلي بينما يعمل المعدن الأكثر نبلًا كمهبط، مما يسرع التآكل الغلفاني للمعدن النشط.
- ماذا يخبرك مخطط بوربيه (Pourbaix diagram)؟
- يُظهر، كدالة للجهد والأس الهيدروجيني (pH)، ما إذا كان المعدن مستقرًا ديناميكيًا حراريًا (محصنًا)، أو من المتوقع أن يذوب (تآكل)، أو مغطى بأكسيد واقٍ (تخميل)، على الرغم من أنه يشير إلى الميل وليس المعدل.