تاریخچه ی:
حفاظت کاتدی
!دید کلی
بطور کلی ((فلزات)) سه دستهاند. یک دسته ، آنهایی که مثلا ((طلا)) و ((پلاتین)) ، در مجاورت هوا اکسید نمیشوند و نیازی به محافظت ندارند. دسته دوم ، آنهایی که وقتی در مجاورت هوا قرار میگیرند، اتمهای سطحشان اکسید میشوند. ولی اکسید آنها مقاوم است و چسبیده به فلز باقی میماند و خود لایه محافظی برای فلز میشود. این گونه فلزات هم نیازی به محافظت ندارند. مثل ~~brown:Zn~~ ، ~~brown:Al~~ ، ~~brown:CO~~ ، ~~brown:Ni~~ ، ~~brown:Sn~~ ، ~~brown:Cr~~ و نظیر آنها.
دسته سوم فلزاتی که وقتی سطح آنها در مجاورت هوا اکسید میگردد. اکسید آنها متخلخل است و به فلز نمیچسبد و از بدنه فلز کنده میشود که فلز به تدریج فاسد شده ، از بین میرود. مثل آهن اینگونه فلزات را به روشهای متفاوت از زنگ زدن محافظت مینمایند. روشهایی مثل رنگ زدن ، زدن ضد زنگ ، چرب کردن سطح فلز بوسیله یک ماده روغنی مانند ((گریس)) ، لعاب دادن ، آب ((فلز کاری)) و حفاظت کاتدی.
!اصول حفاظت کاتدی
در کنار فلز فاسد شدنی ، یک فلز با پتانسیل احیاء کمتر قرار میدهند، تا اگر این دو فلز باهم یک ((پیل الکتروشیمیایی)) تشکیل دادند، فلز دارای E احیای بیشتر، در نقش ((کاتد)) پیل قرار گیرد و خورده نشود. در این پیل، فلز دارای E کمتر خورده میشود و فلز مقابلش را ازخطر زنگ زدن میرهاند. این طریقه حفاظت را __حفاظت کاتدی__ مینامند. امروزه ، بدنه کشتیها ، پایههای اسکلهها و لولههای انتقال نفت و گاز را که در زیر زمین کار میگذارند با همین روش حفاظت مینمایند. مثلا در کنار ((آهن)) ، فلز ((منیزیم)) قرار میدهند که ((منیزیم)) ، ((الکترون)) میدهد و خورده میشود.
!آب فلز کاری
آب کاری فلزات به دو روش صورت میگیرد:
!!گالوانیزاسیون
در این روش ، فلز فاسد شدنی را در مذاب یک فلز فاسد نشدنی فرو میبرند و بیرون میآورند تا سطح آن از یک لایه فلز فاسد نشدنی پوشیده شود. مثلا ورقههای نازک آهنی را در مذاب فلز روی فرو میبرند و بیرون میآورند تا سطح آنها از فلز روی پوشیده شود و به این طریق ورقههای __آهن سفید__ یا ((آهن گالوانیزه)) تهیه مینمایند که در ساختن لوازمی مثلا لوله بخاری ، کانال کولر ، شیروانی منازل و از این قبیل بکار میرود. لولههای آب هم ، آهن سفید هستند اگر ورقههای آهنی را در قلع مذاب بزنیم و بیرون آوریم و سطح آنها را قلع اندود کنیم، حلبی بدست میآید که از آن در ساختن قوطی مواد غذایی نظیر کنسروها استفاده میگردد.
!!الکترولیز
در این روش ، فلز آب گیرنده یا فاسد شدنی را بجای کاتد و فلز پوشش دهنده را بجای آند قرار میدهند و در ظرف الکترولیز محلولی از یک نمک فلز آب دهنده (فلز پوشش دهنده) را به عنوان ((الکترولیت)) میریزند. با برقراری جریان ، اتمهای فلز آب دهنده (فلز پوشش دهنده) به صورت یون مثبت از آند کنده میشود و از طریق الکترولیت بطرف کاتد یا آب گیرنده (فلز مورد آبکاری) رفته ، از آن الکترون میگیرند و مجددا به صورت فلز در آمده ، بر سطح فلز (مورد ((آبکاری فلزات|آبکاری))) مینشینند و تمامی سطح آن را میپوشانند.
به عنوان نمونه در آب فلز کاری یک قاشق مسی ، آند ، نقره بوده ، قاشق مسی را به کاتد وصل میکنیم و الکترولیت میتواند محلول نیترات نقره باشد. اتمهای نقره به صورت یون ~~brown:{TEX()} {Ag^+} {TEX}~~ از ورقه نقرهای جدا شده و بسوی قاشق مسی میروند. از آن الکترون میگیرند و به صورت اتم ~~green:{TEX()} {Ag} {TEX}~~ در آمده بر سطح قاشق مینشینند.
زیرا با این که در آب یون ~~brown:{TEX()} {H^+} {TEX}~~ هم وجود دارد، یونهای ~~brown:{TEX()} {Ag^+} {TEX}~~ در رقابت با یونهای ~~brown:{TEX()} {H^+} {TEX}~~ برنده میشوند و به کاتد میروند. در رقابت میان یونهای ~~brown:{TEX()} {NO3^- } {TEX}~~، ~~brown:{TEX()} {OH^-} {TEX}~~ نیز یونهای ~~brown:{TEX()} {OH^-} {TEX}~~ برنده شده ، به آند میروند و الکترون اضافی خود را از دست داده و گاز اکسیژن تولید مینمایند.
!تفاوت آهن گالوانیزه و حلبی
اگر سطح آهن سفید خراش بردارد، آهن و روی باهم ((پیل الکتروشیمیایی)) تشکیل میدهند. در این پیل ، روی خرده میشود. زیرا پتانسیل احیاء روی از پتانسیل احیاء آهن کمتر است. اما اگر سطح حلبی خراش بردارد، قلع و آهن باهم پیل الکتروشیمیایی تشکیل میدهند. در این پیل آهن خورده میشود. زیرا پتانسیل احیاء قلع از پتانسیل احیاء آهن بیشتر است و آهن در نقش آند پیل عمل میکند و از بین میرود که این طریقه زنگ زدن را زنگ زدن الکتروشیمیایی مینامند.
!روئین شدن
باید بدانیم که آهن ، در محیط مرطوب و اکسیژندار زنگ میزند و زنگ تولید شده ، اکسید آهن III آبدار است که فرمول آن را معمولا به صورت ~~brown:{TEX()} {2Fe_2O_3} {TEX}~~ و ~~brown:{TEX()} {3H_2O} {TEX}~~ مینویسند. چون مقدار آب آن در همه موارد یکسان نیست. اغلب موارد آن را به صورت ~~brown:{TEX()} {Fe_2O_3} {TEX}~~ و ~~brown:{TEX() {XH_2O} {TEX}~~ نشان میدهند. محیط اسیدی (مثلا هوای دارای ~~brown:{TEX()} {H_2S} {TEX}~~ و {~~brown:TEX()} {SO_2} {TEX}~~) در مجاورت با فلزی که تمایل کمتری برای از دست دادن الکترون دارد، به زنگ زدن یک فلز کمک مینماید و بطور خلاصه میتوان گفت که فلزی مثل آهن در هوای مرطوب ، طبق واکنش زیر زنگ میزند:
~~brown:::{TEX()} {2Fe + 3\over 2O_2 + XH2O \rightarrow Fe_2O_3 + XH_2O } {TEX}::~~
روئین شدن یا پاسیو شدن بعضی از فلزات را مربوط به تشکیل لایهای از اکسید میدانند که سطح فلز را میپوشاند و در اسید حل نمیشود. در مورد آهن که اکسید مغناطیسی ~~brown:{TEX()} {Fe_2O_4} {TEX}~~ تشکیل میدهد، این اکسید در بعضی اسیدها حل نمیشود.
!مباحث مرتبط با عنوان
*((آبکاری فلزات))
*((آند و کاتد))
*((آنیون و کاتیون))
*((اکسیداسیون و احیا))
*((الکتروشیمی))
*((الکترود))
*((الکترولیت))
*((پرتوی کاتدی))
*((پیل الکتروشیمیایی))
*((شیمی فیزیک))
*((خوردگی فلزات))