تأكل المعادن

أ.د. حميدة عيدان سلمان. أ.د محمد ناظم بهجت . دعاء رستم محمد علي
كلية التربية للعلوم الصرفة / قسم الكيمياء.

التأكل هو عبارة عن تلف المادة عن طريق تفاعل كيمياوي او كهروكيمياوي مع الوسط المحيط بها والذي يكون على تماس بالمادة سواء كان هذا الوسط الهواء الجوي او محيط كيمياوي وتحت اي درجة حرارية (1) ومن هنا فإن تلف المعادن نتيجة تأثير القوى الميكانيكية ، الاحتكاك على سبيل المثال لا يسمى بالتآكل ، وانما السبب الأساسي لتأكل المعادن واختلاف معادلات التأكل بين معدن وآخر، يعود إلى منشأ هذه المعادن وأصلها. ويشكل التآكل ومضاره وأساليب الحماية منه مشكلة هندسية مكلفة من المتوقع ان تزداد أهمية مع التطور السريع والمستمر الحاصل في الصناعات الهندسية (2) لذا فأن دراسة ظاهرة التأكل لها اهمية بالغة تكمن في عدة نواحي
1 – من الناحية الاقتصادية حيث انها تتمثل في التقليل من المواد المعدنية المفقودة المعرضة للتأكل مثل انابيب البترول والمياه , والخزانات المعدنية والاجزاء المعدنية للآلات , و السفن والمباني البحرية وغيرها
2 – تحقيق الامان للبنايات التي عندما تتعرض للتأكل تنهار محدثة بذلك عواقب وخيمة وكوارث , مثل اواني الضغط العالي والغلايات Boilers , الحاويات المعدنية للمواد المشعة , مكونات الطائرات والسيارات وغيرها
3 – حماية مخزون العالم من المعادن التي تفقد بسبب التأكل , اي المحافظة على المخزون من الطاقة والماء المستخدمين في اعادة تصنيع وتكوين ما فقد من معادن (3),(4)
وحتى يحدث التأكل يجب ان تتوفر عناصر رئيسية (تفاعل انودي وتفاعل كاثودي ومحلول الكتروليتي وتيار كهربائي ) (5)،وهذا ما يسمى بخلية التأكل التي تنتج عن فرق جهد كهربائي بين المناطق المختلفة لسطح المعدن ويحدث فرق الجهد لعدة اسباب :
اختلاف خواص المعدن في مناطق مختلفة من الهيكل المعدني .
اختلاف في خواص وتجانس التربة التي يتواجد فيها المعدن .
اختلاف نسبة وجود الاوكسجين في اماكن مختلفة من التربة .(6)
وقد تعددت اشكال التأكل وكثرت انواعه مع تقدم العلوم والتكنولوجيا والنمو في اشكال المعدات والمكائن ووضعها في تماس مع مواد كيميائية اضافة الى زيادة تلوث البيئة والوسط الخارجي (7), كما وان للتأكل انواع عديدة اهمها:
التأكل العام general corrosion
التأكل الكلفاني galvanic corrosion
التأكل بالثقب pitting corrosion
التأكل بالتشقق crevice corrosion
التحلل الانتقائي selective dissolution
التأكل الاجهادي stress – corrosion cracking. (8)
ونظرا لتعدد واختلاف انواع التأكل والظروف المساعدة على حدوثه وجد انه من الضرورة ايجاد اساليب حماية فعالة للتخلص والحد منه ومن هذه الاساليب واكثرها شيوعا هو استعمال مثبطات (9) ,والمثبطات هي مواد كيمياوية عند اضافتها للوسط الأكل المتصل مع السبيكة او المعدن سوف تقلل من معدل التأكل corrosion rate من خلال اعاقة كل من العملية الانودية او العملية الكاثودية .كما وتقسم المثبطات لاقسام :
1 – وفقا لطبيعة عملها: الى مثبطات مصعدية ومثبطات مهبطية .
2 – وفقا لميكانيكية عملها : مسممات تصاعد الهيدروجين hydrogen evolution poisons / كاسحة للتأكل scavengers / مثبطات بخارية vapour phase / مثبطات امتزاز adsorption inhibitors
واختيار المثبط المناسب يعتمد على درجة الحرارة وسرعة الجريان ونوع المعدن ونوع الحامض وتركيزه لان معدل التأكل عادتا يكون عالي جدا في الاوساط الحامضية ، فالمثبطات تعتبر وسيلة سهلة وفعالة جدا في الحد من التأكل لكن قد تكون هذه المثبطات مكلفة الثمن وقد تعتبر خطرة على البيئة وعلى حياة الكائنات الحية لانها تصنع كيميائيا وقد يضاف لها عناصر الكبريت S والفسفور P او النتروجين N ، لذا لابد ان تكون المركبات المختارة كمثبطات من مواد امنة وغير مكلفة كالمركبات المحضرة من منشأ طبيعي كالعسل او جذور النباتات او قشور بعض الفواكه وغيرها …(3) ولمعرفة كفاءة المثبط لابد من القيام بطرق قياس معدل التأكل وهناك عدة طرق لتحديد معدل تآكل المعادن مثل (الطريقة الكهروكيميائية التي تقيس منحنيات الاستقطاب وكثافة التيار الكهربائي ) و (طريقة انقاص الوزن ) و (طريقة قياس المقاومة ) وتعتبر الطريقة الكهروكيميائية اكثر الطرق دقة واهمية ومن خلالها يمكن استخراج كفاءة التثبيط و متابعة قياسات الامتزاز .(10).
المصادر :
1. Al-Sarraf AHR, Al-Saadi SA-K. تقييم طلاءات متراكبات اوكسيد المغنسيوم النانوي للسيطرة على التآكل في الخزانات المعدنية النفطية. Journal of Petroleum Research and Studies. 2018;8(1):17-29.
2. Ahmad Z. Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control: Elsevier Science; 2006.
3. الدرملي امإع. الدليل في الكيمياء : الكيمياء الكهربية: محمد إبراهيم العبسي; 2018.
4. خلف اق, محمد اعا, al-Khazraji QK. التأكل: أسبابه-أنواعه، طرق الحماية منه: دار دجله; 2010.
5. E.E. Stansbury aRAB. Fundamentals of electrochemical corrosion. ASM international. 2000:172-97.
6. غيلاني. دراسة فعالية نبات الشريكLFagoniacretica ضد التآكل بطريقة انخفاض الكتلة والطريقة الكهروكيميائية. 2018.
7. Al-Saadi SA-KS. استخدام الطلاءات المتراكبة لتثبيط التآكل الكيميائي في الخزانات المعدنية النفطية. Journal of Petroleum Research and Studies. 2020;10(1):1-10.
8. ،الدكتور خفصا. تفصيل النحاس والحديد في الكتاب المجيد: ‏دار الكتب العلمية، منشورات محمد علي البيضون،‏; 2005.
9. خليفة ب. دراسة السلوك الكتروكيميائي لسبيكة تيتانيوم في وسط حمضي بوجود مركب مثبط. 2019.
10. El-Lateef HA, et al. “Corrosion protection of steel pipelines against CO2 corrosion-a review.”. Chem J. 2012;2.2:52-63.