Korozja polega na niszczeniu tworzywa pod wpływem środowiska. Mogą ją powodować czynniki fizyczne (np. rozpuszczalniki), chemiczne i biologiczne (bakterie, rośliny).

Materiały kamienne

Czynniki powodujące korozję. Zachodzi przede wszystkim korozja atmosferyczna

Przebieg. Woda rozpuszcza składniki skałotwórcze i spoiwa (najszybciej siarczany, gorzej

węglany), w jej obecności zachodzi również utlenianie skał zawierających związki żelaza, prowadzące do powstania kwasu siarkowego, który niszczy beton, żelazo i kamień

2 FeS₂ + 15/2 O₂ + H₂O → Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄

Woda z rozpuszczonym CO₂, solami i kwasami wpływa również na korozje chemiczną. Dwutlenek węgla powoduje rozpuszczanie się kamieni zawierających węglan wapnia (np. marmurów):

CaCO₃ + H₂O + CO₂ = Ca(HCO₃)₂

Podatność. Najbardziej odporne są lite skały magmowe (np. granity), natomiast najbardziej podatne porowate skały osadowe (np. gips, wapienie, dolomity)

Sposoby ochrony polegają na zmniejszeniu porowatości i nadaniu właściwości hydrofobowych powierzchni. Ogólnie środki chroniące przed korozją podzielić możemy na mechaniczne(zasklepiające pory) - takie jak mydła, woski, żywice i oleje, oraz chemiczne (wytwarzające w porach osady nierozpuszczalnych soli). Do środków chemicznych zaliczają się:

- sole kwasu krzemowego (fluaty) - w wyniku ich reakcji z węglanem wapnia powstają nierozpuszczalne sole i zasklepiająca pory krzemionka.

MeSiF₆ + 2 CaCO₃ = 2 CaF₂ + MeF₂ + SiO₂ + 2CO₂

-szkło wodne Na₂SiO₃: wytwarza krzemiany wapnia, które utwardzają powierzchnię i zasklepiają pory, jednak pod wpływem CO₂ tworzy naloty węglanu sodu (trzeba go zneutralizować kwasem solnym i zmyć wodą) - ta i powłoka jest nietrwała i pęka

-silikony: są to estry kwasu krzemowego. Na przykład ahydrosil reaguje z CO₂ a powietrza dając węglan sodu, i odtwarzając żywicę silikonową

Spoiwa mineralne

Czynniki: Kwasy, woda

Przebieg

- spoiwa wapienne: rozkłada się pod wpływem kwasów

CaCO₃ + 2 H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂Ⴍ

- spoiwo gipsowe: CaSO₄ rozpuszcza się w wodzie

- cementy portlandzkie: w czasie ich rozpuszczania wydziela się wodorotlenek wapnia, który nadaje mu alkaliczny odczyn, będący przyczyną korozji betonu w środowisku kwaśnym. Dla samego betonu groźna jest korozja wywołana roztworami siarczanów - w jego wnętrzu krystalizuje uwodniony sulfoglinian wapniowy powodując pęcznienie i pękanie (zarazę betonową)

- cement glinowy hydrolizuje i tworzy amfoteryczny wodorotlenek glinu

Podatność. Najbardziej odporne na korozję są kity i zaprawy krzemianowe. Są mieszaninami kwasoodpornej mączki mineralnej ze szkłem wodnym i fluorokrzemanem sodu. Pod wpływem atmosferycznego CO₂ wydziela się żel kwasu krzemowego. Spoiwa te nie są odporne tylko na kwas fluorowodorowy.

Ochrona. Bardzo ważnym zagadnieniem jest ochrona przed zarazą betonową. W tym celu sztucznie wywołuje się korozję: na beton działa się czterofluorkiem krzemu, w wyniku czego w porach odkładają się trudno rozpuszczalne produkty reakcji:

SiF₄ + 2 Ca(OH)₂ → 2 CaF₂ + SiO₂ + 2 H₂O

Ważna jest też neutralizacja powierzchni kwasem fosforowym przed nałożeniem farby - dzięki niej wytwarza się blokujący kapilary fosforan wapnia

2 H₃PO₄ + 3 Ca(OH)₂ → Ca₃(PO₄)₂ + 6 H₂O

Szkło

Czynniki. Hydroliza, kwas fluorowodorowy, ługi

Przebieg. Krzemiany zawarte w szkle ulegają hydrolizie, szkło pokrywa się warstwą żelu krzemionkowego.

Podatność. Szkło z powodu swojego składu chemicznego (SiO₂, Na₂O, CaO, Al₂O₃) odznacza się dużą odpornością zarówno na czynniki atmosferyczne, jak i chemiczne. Największą odporność mają szkła laboratoryjne.

Drewno

Czynniki. Kwasy nieorganiczne, grzyby

Przebieg. Kwasy nieorganiczne powodują pęcznienie i hydrolizę składników drewna, kwas siarkowy może je nawet zwęglić. W wyniku rozkładu przez bakteria i grzyby powstają kwaśne produkty niszczące spoiny, cegły i beton.

Podatność. Główne składniki drewna (celuloza i lignina) nie rozpuszczają się w wodzie i większości rozpuszczalników organicznych, natomiast podatne są na działanie kwasów nieorganicznych i alkaliów. Drewno jest tezż rozkładane przez bakterie i grzyby

Ochrona. Przed korozją chemiczna drewno chroni nasycenie go żywicami syntetycznymi, np. fenolowymi. Przed grzybami chroni się je przez nasycenie środkami utrudniającymi nawilżenie i zatruwającymi drewno, np. związkami organicznymi takimi jak destylaty smołowe z węgli, fenole i cholropochodne benzenu; związkami metalo-organicznymi (np. naftalenianami miedzi i cynku), związkami nieorganicznymi, np. NaCl, CuSO₄, ZnSiF₆, MgSiF₆, K₂Cr₂O₇

Polimerowe tworzywa sztuczne

Czynniki. Kwasy utleniające, woda, rozpuszczalniki organiczne

Przebieg. Polimery pęcznieją pod wpływem wody. Polimery o budowie polarnej rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych o budowie polarnej.

Podatność. Większość polimerów jest stosunkowo odporna na działanie kwasów, soli, zasad i rozpuszczalników, podatna natomiast na działanie kwasów ulatniających. Polimery nie rozpuszczają się w wodzie, tylko puchną pod jej wpływem. Najbardziej odpornym na korozję polimerem jest teflon.

Ochrona. Ważniejsze od ochrony przed korozją jest dobranie odpowiedniego tworzywa, odpornego na działanie czynnika korozji w danych warunkach.

Część doświadczalna

Doświadczenie 1

Pół grama pokruszonego spoiwa gipsowego wsypano do probówki, dodano kilka cm³ wody destylowano i pozostawiono na kilka minut (co chwilę mieszano). Po tym czasie przesączono roztwór, i do jego 2 cm³ dodano 1 kroplę 0,1M kwasu solnego a później kilka kropel 0,5M BaCl₂. Tą samą ilość kwasu solnego i BaCl₂ dodano również do wody wodociągowej

Obserwacje

Po dodaniu BaCl₂ zawartość pierwszej probówki uległa zmętnieniu i stała się mlecznobiała. W drugiej probówce nie zaszła żadna reakcja.

Interpretacja

Spoiwo gipsowe uległo rozpuszczeniu w wodzie, gdzie zaszła reakcja jonowa z chlorkiem baru, w której wydzielił się nierozpuszczalny w wodzie siarczan baru, powodując zmętnienie.

Wnioski

Gips rozpuszcza się w wodzie. W badanej wodzie wodociągowej występuje niewiele rozpuszczonego gipsu

Doświadczenie 2

Do zlewki wsypano rozdrobnioną zaprawę wapienną i dodano wody destylowanej. Gotowano przez 5 minut, następnie dodano kilka kropli fanoloftaleiny

Obserwacje

Po dodaniu fenoloftaleiny, zawartość probówki przybrała kolor fuksji.

Interpretacja

Fenoloftaleina jest indykatorem wskazującym odczyn zasadowy. Pod wpływem temperatury węglan wapnia z zaprawy wapiennej przeszedł w wodorotlenek wapnia:

CaCO₃ + H₂O Ca(OH)₂ + CO₂

Wnioski

Węglan wapnia zawarty w zaprawie wapiennej nie jest odporny na działanie wody i wysokiej temperatury

Doświadczenie 3

Do zlewki z cukrem spożywczym (sacharozą - C₁₂H₂₂O₁₁.) dodano stężony kwas siarkowy.

Obserwacje

Zawartość stała się najpierw brunatna, potem czarna, ścianki zlewki stały się ciepłe

Interpretacja

Kwas siarkowy przereagował z sacharozą powodując jej rozkład i uwalniając węgiel. Jest to reakcja egzotermiczna.

Wnioski

Kwas siarkowy zwęgla cukry, co za tym idzie, również celulozę.

Doświadczenie 4

Do dwóch zlewek wsypano: do pierwszej rozdrobnione szkło, do drugiej rozdrobnione szkło laboratoryjne. Dodano wody destylowanej i gotowano przez 5 minut, następnie dodano fanoloftaleiny

Obserwacje

Po dodaniu fenoloftaleiny zawartość probówki ze zwykłym szkłem przybrała kolor fuksji, zawartość probówki za szkłem laboratoryjnym pozostałą bez zmian.

Interpretacja

Szkło zwykłe uległo hydrolizie, ponadto rozpuszczeniu uległy niektóre z tworzących go związków nadając wodzie odczyn zasadowy

Wnioski

Szkło laboratoryjne jest gorzej rozpuszczalne, co za tym idzie bardziej odporne na korozję

Doświadczenie 5

Do 5 probówek zawierających H₂SO₄ wrzucono kawałek teflonu, PCV, polimetakrylanu metylu, polietylenu, polistyrenu. Tak samo postąpiono z probówkami zawierającymi NaOH, ksylen, metanol i aceton.

Obserwacje

1. Probówki, do których wrzucono kawałek teflonu - w żadnej nic się nie zmieniło, teflonu był wszędzie w takim samym stanie

2. Probówki, do których wrzucono kawałek PCV - kawałek PCV spęczniał w acetonie i nieznacznie spęczniał w ksylenie. W pozostałych probówkach bez zmian.

3. Probówki, do których wrzucono metakrylan metylu - metakrylan metylu rozpuścił isę ksylenie i acetonie. W pozostałych probówkach bez zmian.

4. Probówki, do których wrzucono polietylen - w kwasie siarkowym polietylen nieco spuchł, w pozostałych nie uległ zmianom

5. Probówki, do których wrzucono polistyren - polistyren rozpuścił się w acetonie i ksylenie. W pozostałych bez zmian.

Wnioski

Teflon jest odporny na wszystkie z użytych w doświadczeniu substancji; PCV nie jest odporny na ketony i węglowodory aromatyczne (aceton i ksylen); metakrylan metylu nie jest odporny na działanie ketonów i węglowodorów aromatycznych; polietylen nie jest odporny na działanie silnych kwasów (puchnie); polistyren nie jest odporny na działanie ketonów i węglowodorów aromatycznych.

Literatura:

1. Instrukcja do ćwiczeń, Albin Czernichwski „Korozja materiałów niemetalicznych”

Wydział Geoinżynierii Bożków, 10.04.2005

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

Chemia

Sprawozdanie z ćwiczenia „Korozja niemetali”

Prowadzący: mgr Bajda

Grupa: środa 11¹⁵-13

Anna Uciechowska

135868

---