فعالية تثبيط صبغة Luxol Fast Blue على تآكل الفولاذ الكربوني

أ.د. حميدة عيدان سلمان و م.م مها جاسم منشد
كلية التربية للعلوم الصرفة / قسم الكيمياء

يعرف التآكل بأنه التلف ( جزئي أو كلي ) الذى يحدث للفلز أو السبيكة من حيث المظهر أو الأداء بسبب التفاعل الذى يحدث بين الفلز أو السبيكة مع البيئة المحيطة به سواء كانت غازية أو سائلة أو هو تلف او فقدان الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن او المعدات نتيجة لاحتواء البيئة الخارجية على عوامل او عناصر مثل الاوكسجين و الرطوبة والملوثات وغيرها إذ تسبب لهذه المعادن والمعدات تلف او تغير سلبي يعرف بظاهرة التآكـل (Corrosion)(1) يعتبر التآكل احدى المشاكل التى تتعرض لها المعادن والمعدات و تعانى منها الكثير من المنشآت البترولية كخطوط البترول و الغاز و الخزانات و أبراج التقطير كما يحدث فى الكثير من القطاعات الأخرى الهامة كقطاعات الصناعة و النقل البحرى و المعدات و المنشآت العسكرية و يحدث التآكل تلف شديد فى المنشآت مما ينتج عنه تكاليف ضخمة تتمثل فى فواقد الانتاج و بالتالى قلة الكفاءة بالإضافة الى تطبيق أساليب مقاومة التآكل (2) .
ميكانيكية التآكل
لكي يحدث التآكل فهناك متطلبات يجب توافرها لتكوين خلية التآكل ومنها ( (3
 قطب الانودي ( Electrode) Anodic )
 قطب الكاثودي ( Cathodic Electrode )
 محلول الكتروليتي (Electrolyte solution )
 اتصال كهربائي Electrical Connection) )
تتم عملية التآكـل من خلال تفاعلين هما تفاعل اكسدة وتفاعل اختزال اللذان يحدثان في أن واحد على سطح المعدن، اّذ تحدث عملية الاكسدة على القطب الانودي للخلية , التي تولد الالكترونات , يرافقها في نفس الوقت حدوث عملية الاختزال على القطب الكاثودي و التي تتضمن فقدان الالكترونات ، اي أن التفاعل الكهروكيميائي يعتمد على حركة الالكترونات بين الخلية الانودي والكاثودي للخلية في المحلول الالكتروليتي ويمكن توضيح التفاعل الانودي بشكل عام كما يلي(4):
M M+n + ne-
ويوضح التفاعل الكاثودي في التآكـل الفلزي بشكل عام بعدة اشكال ( (5
O2 + 2H2O + 4e- 4OH- (Oxygen reduction (neutral or basic solution )
O2 + 4H+ +4e- 2H2O Oxygen reduction (acid solution )
2H+ + 2e- H2 Hydrogen evolution
M+n + e- M (n-1)+ Metal ion reduction
M+ + e- M Metal Deposition
وكما موضح في الشكل ادناه طبيعة التآكل

الحماية بواسطة مثبطات التآكل
المثبطات عباره مادة او مزيج من المواد الكيميائية التي عندما تتواجد في البيئة بتراكيز قليلة تعمل على منع او تقليل من التآكـل المعدن دون إن تؤدي إلى تفاعل كبيرمع مكونات البيئة (6). ويمكن أن تكون مثبطات التآكـل على شكل مواد صلبة , سائلة , غازية (الطور البخاري ) ويمكن استعمالها في الاوساط الصلبة كأن تكون خرسانة , الدهانات ( الطلاءات العضوية ) و الاوساط السائلة (ماء , مذيبات عضوية , محاليل مائية ) والغازية (الهواء او بخار الماء ). تستعمل المركبات العضوية بشكل واسع لمنع او تقليل التآكـل المعدني إذ تعمل هذه المواد على المواقع الانودية او المواقع الكاثودية او كليهما كما في المثبطات الانودية والكاثودية . أن آلية المثبطات العضوية تتم من خلال الإمتزاز جزيئات المثبط على سطح المعدن لتكوين طبقه عازلة واقيه على السطح المعدني مما يمنع من تفكك المعدن في المحلول الكتروليتي (7). والمركبات العضوية المحتوية على ذرات غير متجانسة في تركيبها مثل ( النتروجين , الكبريت , الاوكسجين , الفسفور) سواء كانت في الحلقة او في سلسلة جانبية او المركبات المحتوية على الالكترونات π او مجاميع قطبية فعالة (OH -, NH2 -, ـSH , ــNO2 ) مما تعمل على زيادة امتزازها على السطح المعدني وهذا يزيد من كفاءة تثبيطها10-8)) . وأن كفاءة المثبطات العضوية تعتمد على التركيب الكيميائي وحجم المثبط العضوي ، الاروماتيه وتعاقب الارتباط لسلسة الكاربون ،طبيعة وشحنة سطح المعدن لنوع الامتزاز،امكانية المثبط للارتباط بسطح المعدن ، نوع وعدد الذرات او المجاميع المرتبطة في الجزيئة ( سكما او باي )،المجاميع الفعالة التي يحتويها المثبط ، نوع المحلول الالكتروليتي(11) . وان الاصباغ المستعملة بنطاق واسع في الكثير من الصناعات مثل المطاط والورق والبلاستيك ومستحضرات التجميل و المواد الغذائية والصيدلانية والمنسوجات(12) ، قد وجد عند استعمالها كمثبطات للتآكل تكون فعالة جدا في تأخير التآكـل وذلك كون الأصباغ لها صفات مميزة مثل احتوائها على ذرات غير متجانسة في تركيبها وكذلك احتوائها على الكترونات π . وتم استعمال صبغة (Luxol Fast Blue) كمثبط عضوي لتقليل او منع التآكل وجد انها مثبط جيد وفعال وذلك بسبب التركيب الكيميائي للصبغة ولما تحتوية من مجاميع فعالية التي تزيد من كفاءة تثبيطها اذ بلغت كفاءة تثبيطها 94.10% . الجدول ادناه يوضح التركيب الكيميائي والصفات الفيزيائية للصبغة المستعملة .

المصادر
1) Abboud, Y., “5-Naphthylazo-8-hydroxyquinoline (5NA8HQ) as a novel corrosion inhibitor for mild steel in hydrochloric acid solution.” Research on Chemical Intermediates 38.7 (2012): 1591-1607.
2) Callister, D. W., and David G. Rethwisch. “Magnetic properties.” Materials Science and Engineering, An Introduction, 7th Ed. ed. John Willey & Sons, Inc (2007): 19-56.
3) Schweitzer, P. A. Fundamentals of corrosion: mechanisms, causes, and preventative methods. CRC press, 2009.‏ Corrosion Damage Studies Through Microscopy and Stress Analysis Part 1.pp 328-402,2008.
4) Salman, H. E., Balakit, A. A., and Abdulridha, A. A. “New Aromatic Azo-Schiff as Carbon Steel Corrosion Inhibitor in 1 M H2SO4.” Oriental Journal of Chemistry 34.5 (2018): 2471-2476.‏
5) Joesten, M. D., Hogg, J. L., and Castellion, M. E.” The world of chemistry: essentials”, 4″ ed.., Thomson Books/Cole, pp. 217, ISBN:0-495-01213-0 ,2007.‏
6) Gupta, N. K., Verma, C., Quraishi, M. A., and Mukherjee, A. K.”Schiff’s bases derived from l-lysine and aromatic aldehydes as green corrosion inhibitors for mild steel: experimental and theoretical studies.” Journal of Molecular Liquids 215 (2016): 47-57.‏
7) Yaro, A. S., Khadom, A. A., and Wael, R. K. “Apricot juice as green corrosion inhibitor of mild steel in phosphoric acid.” Alexandria Engineering Journal 52.1 (2013): 129-135.‏
8) Da Silva, A. B., D’Elia, E., and Gomes, J. A. D. C. P. “Carbon steel corrosion inhibition in hydrochloric acid solution using a reduced Schiff base of ethylenediamine.” Corrosion science 52.3 (2010): 788-793.‏
9) Heakal, F. E. T., Fouda, A. S., and Zahran, S. S. “Environmentally safe protection of carbon steel corrosion in sulfuric acid by thiouracil compounds.” Int. J. Electrochem. Sci 10 (2015): 1595-1615.‏
10) Dutta, A., Saha, S. K., Adhikari, U., Banerjee, P., and Sukul, D.”Effect of substitution on corrosion inhibition properties of 2-(substituted phenyl) benzimidazole derivatives on mild steel in 1 M Hcl solution: a combined experimental and theoretical approach.” Corrosion Science 123 (2017): 256-266.‏
11) El Mouden, O. I., Anejjar, A., Salghi, R., Jodeh, S., Hamed, O., Warad, I., … and Dassanayake, R. S.”Inhibitive Action of Capparis Spinosa Extract on the Corrosion of Carbon Steel in an Aqueous Medium of Hydrochloric Acid.” Journal of Mineral Metal and Material Engineering 1 (2015): 1-7.‏
12) Christie, R. M. “Environmental aspects of textile dyeing” Woodhead, Boca Raton, Cambridge, (2007).