زنگ آهن: دشمن پنهان فلزات
زنگ آهن چیست و چگونه به وجود می‌آید؟
زنگ آهن ماده‌ای قهوه‌ای-نارنجی رنگ است که روی سطوح آهنی و فولادی ظاهر می‌شود. این ماده در واقع نتیجهٔ یک واکنش شیمیایی بین آهن، اکسیژن و آب است. برای تشکیل زنگ آهن، سه چیز لازم است: 1) فلز آهن، 2) رطوبت (آب) و 3) اکسیژن هوا.
این فرآیند شبیه به سوختن است اما بسیار کندتر اتفاق می‌افتد. وقتی یک میخ آهنی را در فضای مرطوب رها کنید، پس از چند روز لکه‌های قهوه‌ای رنگی روی آن می‌بینید. این همان زنگ آهن است. معادلهٔ ساده شدهٔ این واکنش شیمیایی به صورت زیر است:
آهن + اکسیژن + آب → هیدروکسید آهن (III) یا همان زنگ آهن
فرمول شیمیایی اصلی زنگ آهن به صورت $ Fe_2O_3 \cdot nH_2O $ نوشته می‌شود که در آن $ nH_2O $ نشان‌دهندهٔ مولکول‌های آب محبوس شده در ساختار آن است.
عوامل مؤثر در سرعت زنگ‌زدن
سرعت تشکیل زنگ آهن به عوامل مختلفی بستگی دارد. برخی از این عوامل را در زندگی روزمره خود دیده‌اید. مثلاً یک دوچرخه که در پارکینگ مرطوب نگهداری می‌شود، بسیار سریع‌تر از دوچرخه‌ای که در گاراژ خشک است، زنگ می‌زند.
| عامل | تأثیر | مثال ملموس |
|---|---|---|
| رطوبت | افزایش سرعت زنگ‌زدن | وسایل فلزی در حمام یا آشپزخانه |
| نمک | افزایش بسیار سریع سرعت | خوردگی خودروها در جاده‌های نمکی زمستان |
| اسیدها | تسریع فرآیند | باران اسیدی که باعث خوردگی سریع ساختمان‌ها می‌شود |
| خراش روی سطح فلز | شروع سریع‌تر زنگ‌زدن | خط و خش روی بدنهٔ خودرو که زودتر زنگ می‌زند |
چگونه از زنگ‌زدن آهن جلوگیری کنیم؟
خوشبختانه روش‌های ساده‌ای برای محافظت از وسایل آهنی در برابر زنگ‌زدن وجود دارد. این روش‌ها معمولاً با ایجاد یک سد بین آهن و عوامل محیطی (آب و اکسیژن) کار می‌کنند.
رنگ‌کردن: ساده‌ترین روش است. رنگ مانند یک لباس محافظ روی آهن را می‌پوشاند و مانع تماس مستقیم رطوبت و اکسیژن با آن می‌شود. نرده‌های آهنی اطراف خانه‌ها و پل‌های فلزی را همیشه رنگ می‌زنند.
روغن‌کاری و گریس‌کاری: برای قطعات متحرک مثل زنجیر دوچرخه از روغن یا گریس استفاده می‌شود. این مواد هم مانع رسیدن رطوبت به فلز می‌شوند و هم باعث نرمی حرکت قطعات می‌گردند.
استفاده از فلزات ضدزنگ: برخی فلزات مانند فولاد ضدزنگ۲ به گونه‌ای ساخته شده‌اند که در برابر زنگ‌زدن مقاوم هستند. بسیاری از قاشق و چنگال‌های آشپزخانه از این جنس هستند.
پوشش‌های گالوانیزه: در این روش یک لایه نازک از فلز روی روی آهن کشیده می‌شود. این لایه هم سدی فیزیکی ایجاد می‌کند و هم در صورت خراشیده شدن، از آهن زیرین محافظت الکتروشیمیایی می‌کند. سطل‌های فلزی و برخی لوله‌ها به این روش محافظت می‌شوند.
زنگ آهن در زندگی روزمره
شما هر روز با پدیدهٔ زنگ آهن و اثرات آن روبرو هستید. وقتی می‌بینید که رنگ بعضی از قسمت‌های بدنهٔ خودروی پدرتان پوسته پوسته شده و زیر آن قهوه‌ای شده، این زنگ آهن است. اگر به وسایل قدیمی انباری خانه نگاه کنید، احتمالاً چرخ‌دنده‌های زنگ‌زدهٔ یک دوچرخهٔ قدیمی یا یک قفل زنگ‌زده را خواهید دید.
زنگ‌زدن فقط به وسایل کوچک محدود نمی‌شود. پل‌های بزرگ فلزی، کشتی‌ها و سازه‌های صنعتی نیز در معرض این خطر هستند. به همین دلیل است که همیشه برای این سازه‌ها برنامهٔ منظم نگهداری و رنگ‌آمیزی وجود دارد. جلوگیری از زنگ‌زدن بسیار کم‌هزینه‌تر از تعویض یک قطعه یا سازهٔ کاملاً زنگ‌زده است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. آلیاژهای۳ آهن مانند فولاد (که از آهن و کربن ساخته می‌شوند) نیز زنگ می‌زنند. در واقع، بسیاری از وسایل فلزی اطراف ما که "زنگ می‌زنند" از جنس فولاد هستند، نه آهن خالص.
چرا، برمی‌گردد. پاک کردن زنگ آهن فقط ظاهر فلز را تمیز می‌کند اما اگر فلز را در برابر رطوبت و اکسیژن محافظت نکنیم (مثلاً با رنگ کردن)، دوباره زنگ خواهد زد. پاک کردن زنگ‌زدگی اولین قدم است، قدم بعدی ایجاد یک لایهٔ محافظ است.
خوردن تصادفی مقدار کمی زنگ آهن (مثلاً از طریق یک سیب‌زمینی که با چاقوی زنگ‌زده پوست‌گیری شده) معمولاً خطرناک نیست، زیرا بدن می‌تواند آن را دفع کند. اما بهتر است از ظروف و وسایل زنگ‌زده برای پخت‌وپز یا خوردن استفاده نکنیم. همچنین، ذرات ریز زنگ آهن در هوا می‌تواند برای ریه‌ها مضر باشد.
زنگ آهن یک پدیدهٔ شیمیایی طبیعی اما مخرب است که وقتی آهن با اکسیژن و رطوبت تماس پیدا می‌کند، تشکیل می‌شود. این فرآیند به وسایل فلزی آسیب می‌زند و استحکام آن‌ها را کاهش می‌دهد. با روش‌های ساده‌ای مثل رنگ کردن، روغن‌کاری و استفاده از فلزات ضدزنگ می‌توانیم از وسایل باارزش خود در برابر این دشمن خاموش محافظت کنیم. شناخت این فرآیند به ما کمک می‌کند تا از وسایلمان بهتر مراقبت کنیم.
پاورقی
۱اکسایش (Oxidation): یک واکنش شیمیایی است که در آن یک ماده با اکسیژن ترکیب می‌شود. زنگ‌زدن آهن یک نوع اکسایش است.
۲فولاد ضدزنگ (Stainless Steel): نوعی آلیاژ فولاد که مقدار زیادی کروم دارد و در برابر خوردگی و زنگ‌زدن بسیار مقاوم است.
۳آلیاژ (Alloy): مخلوط یا محلول جامد فلزی متشکل از یک فلز اصلی و یک یا چند عنصر دیگر. فولاد یک آلیاژ از آهن و کربن است.
