صدأ الحديد: كيف يتكون وكيف تعالجه بسهولة

هل تساءلت يوماً عن سبب ظهور تلك الطبقة الحمراء على أي قطعة حديد قديمة؟ "صدأ الحديد" إنها أحد أبرز الظواهر الكيميائية شيوعاً في حياتنا اليومية، والتي تعمل على إضعاف الحديد وتقليل قوته. وهي مثال على تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث يومياً في حياتنا. لكن كيف يتكون الصدأ؟ وما هي تفاعلات الأكسدة والاختزال؟ وما هي طرق علاجه؟ هذا ما ستكتشفه في هذا المقال يا صديقي.

مفهوم صدأ الحديد:

الصدأ عبارة عن مادة حمراء بُنية تتشكل على سطح الحديد القديم أو المهمل، والتي تظهر كنتيجة لآثار عملية تآكل فلز الحديد. على سبيل المثال: الطبقة البنية التي نراها على السيارات القديمة أو المسامير المهملة.

كيميائياً الصدأ هو أكسيد الحديد الثلاثي المائي "Fe₂O₃.nH₂O" حيث n هي عدد ذرات الماء في المركب.

الفرق بين التآكل وصدأ الحديد

التآكل يا صديقي عبارة عن تلف يصيب الفلز نتيجة تفاعلات الأكسدة والإختزال بين الفلز والبيئة المحيطة به.

من الجدير بالذكر عزيزي القارئ أن كل صدأ تآكل وليس كل تآكل صدأ؛ فالعديد من الفلزات يمكن أن تتآكل ولكن تآكُلها لا يطلق عليه صدأ، الحديد هو الفلز الوحيد الذي يطلق عليه مصطلح -الصدأ- عند تآكله.

ما هي عملية الأكسدة والإختزال؟

الأكسدة هي عملية فقد الإلكترونات من قبل الأيونات أو الجزيئات أو الذرات، وبالتالي ينتج عنها أيون شحنته موجبة. أما عملية الاختزال فهي عملية اكتساب الإلكترونات من قبل الذرات الأخرى، وبالتالي ينتج عنها نقصان في الشحنة الموجبة وزيادة في الشحنة السالبة. من الضروري فهم أسس عملية الأكسدة والاختزال لفهم كيف يتكون صدأ الحديد وهذا ما ستتعرف عليه الآن.

كيف يحدث صدأ الحديد؟

المعادلة التالية توضح لك التفاعل المبسط لتكوين الصدأ، حيث يتفاعل الحديد مع الأكسجين والماء ليتكون أكسيد الحديد الثلاثي المائي (صدأ الحديد)

4Fe + 3O₂ + 2nH₂O → 2Fe₂O₃.2nH₂O

• أولاً، يتأكسد الحديد ليتحول إلى أيون الحديد الثنائي (Fe⁺²)، أي أنه يفقد إلكترونان كما في المعادلة التالية:

^-Fe → Fe⁺²+ 2e

• ثانياً، يتم اختزال الهيدروجين في التفاعل النصفي المقابل. يستقبل الهيدروجين الإلكترونات التي تم فقدها من قبل الحديد؛ حتى يتم إنتاج الماء.

4e^- + 4H⁺ + O₂ → 2H₂O

• ثالثاً، تقوم أيونات الهيدروجين والأكسجين بأكسدة أيونات الحديد الثنائي (Fe+2) وتحويلها إلى أيونات الحديد الثلاثي (Fe+3)

4Fe⁺² + 4H⁺ + O₂ → Fe⁺³ + 2H₂O

• تتحد أيونات الحديد الثلاثي (Fe+3) مع الماء لتكوين هيدروكسيد الحديد الثلاثي

⁺Fe⁺³ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3H

• يُنزع الماء من هيدروكسيد الحديد الثلاثي من خلال تفاعل ليتكون أكسيد الحديد الثلاثي المائي (Fe₂O₃.nH₂O) أو ما يعرف بصدأ الحديد.

وبهذا فإن السبب الرئيسي لصدأ الحديد هو تعرض الحديد للماء والهواء باستمرار.

ما هي العوامل التي تؤثر على الصدأ؟

• الرطوبة: تعمل على تآكل الحديد.

• الأملاح: يصدأ الحديد بشكل أسرع في المناطق المطلة على البحر بسبب الأملاح.

• الأحماض: أحد العوامل التي تسرع عملية الصدأ هي انخفاض الرقم الهيدروجيني في البيئة المحيطة به.

كيف يمكننا الحفاظ على الحديد من الصدأ؟

• غالباً ما يتم طلاء سطح الحديد بمادة غير نشطة كيميائياً كالقصدير الذي يعد أحد الفلزات الأقل نشاطاً من الحديد، وبالتالي يتكون على سطح الحديد طبقة عازلة تمنع تآكله.

• طلاء الحديد بالدهان يعمل على حمايته من الصدأ عن طريق تكوين طبقة عازلة على سطح الحديد.

• يتم تطبيق التشحيم لحماية المسامير من التعرض للصدأ.

كيف يمكن علاج صدأ الحديد؟

هناك العديد من الطرق التي يتبعها الناس في إزالة الصدأ أبرزها ما يلي:

• باستخدام الحمض المتوفر دائماً في أغلب البيوت وهو الخل، فكل ما عليك فعله هو نقع قطعة الحديد بالخل لبضعة أيام، ومن ثم كشط سطح المعدن باستخدام فرشاة.

• باستخدام الملح والليمون وهي احدى الطرق الفعالة لازالة الصدأ، وتتم عن طريق رش قطعة الحديد بالملح وتغطيتها بالكامل، ثم اعصر الليمون على القطعة واتركها لعدة ساعات، بعد ذلك كشطه بفرشاة.

• بيكربونات الصوديوم مع الماء ليتكون معجون يتم فرده على القطعة لساعات ومن ثم كشطه.

بإمكانك أيضاً عزيزي القارئ استخدام مزيلات الصدأ المتواجدة في الأسواق.

مم تتكون مزيلات صدأ الحديد؟

مزيلات الصدأ تتكون من عدة أحماض قوية مثل حمض الهيدروكلوريك، وحمض النيتريك، وحمض الفوسفوريك، وحمض المرياتيك. أيضاً هناك أحماض ضعيفة تدخل في تركيب مزيل الصدأ أبرزها حمض السيتريك. علاوة على ذلك، هناك مركب هيدروسلفيت الصوديوم وهو مركب غير نشط وفعال جداً في إزالة الصدأ، وأخيراً يوجد مذيبات عضوية في تركيب مزيل الصدأ.

في نهاية المقال، نتوصل إلى أن الصدأ ينتج من تفاعلات كيميائية تحدث للمواد المصنوعة من الحديد عند توفر الظروف المناسبة للتفاعل. لا تَنس أن بإمكانك الحفاظ على ممتلكاتك من الصدأ عن طريق طلائها، وبإمكانك استخدام مزيلات صدأ الحديد في علاجه. ولكن احذر يا صديقي لأنه يتكون من عدة أحماض قد تكون حارقة للجلد كحمض المرياتيك.