تآكل المعادن الأرضية

ما المقصود بتآكل المعادن الأرضية؟

يعرف التآكل المعدني على أنه تلف جزئي أو كلي يحدث للمعدن أو السبيكة من حيث المظهر أو الآداء؛ بسبب التفاعل الذي يحدث بين المعادن أو السبيكة مع الأجواء المحيطة به سواء كانت غازية أو سائلة.
يوجد الكثير من العوامل الفيزيائية والكيميائية التي تؤثر على معدلات التآكل مثل: تركيز الأملاح والغازات المذابة بالإضافة إلى الحرارة وغيرها، كما أننا نرى ظاهرة التآكل في حياتنا اليومية فعلى سبيل المثال يوجد طبقات وترسبات ذات لون أصفر على الأرض النحاسية، بالإضافة إلى بروز طبقات على نوافذ وأبواب المنازل التي تكون مصنوعة من فلز الحديد، جميع هذه الظواهر هي في الواقع تكون نتيجة تأكسد أي تآكل الفلز أو السبيكة؛ بسبب تعرضه للظروف المحيطة.
يُعد التآكل أحد المشاكل التي تتعرض لها الكثير من المنشآت البترولية وتتأثر فيها مثل: خطوط نقل البترول والغاز والخزانات، بالإضافة إلى أبراج التقطير، كما يحدث في الكثير من القطاعات الأخرى كقطاعات الصناعة والنقل البحري، حيث يتسبب التآكل في تلف كبير في المنشآت، مما يؤدي إلى إنتاج تكاليف كبيرة جداً، تتمثل في قدرة الإنتاج وهذا يتسبب في قلة الكفاءة، بالإضافة إلى ترتب الكثير من تكاليف تطبيق طرق مقاومة التآكل.
كما أن البيئة تملك دور كبير في تنشيط التآكل المعدني، فيما لو كانت تحتوي على عناصر مساعدة للتآكل، فعلى سبيل المثال: مياه البحر تحتوي على أكثر من سبعين عنصر، ومن أهم هذه العناصر هي أيونات الكلوريد والصوديوم وعنصر الكالسيوم والكبريتات، وهي عبارة عن أكثر من 99% من وزن الأملاح الذائبة، .
كما أن التربة تحتوي على أملاح ومواد عضوية متنوعة ومختلفة تحتوي على الكثير من أنواع البكتيريا، وأيضاً المياه الطبيعية؛ وهي مياه الأنهار أو مياه الآبار والمياه الموجودة في باطن الأرض وغيرها، إذ أن جميعها تحتوي على أملاح الكربونات والبيكربونات، أما الهواء فإنه من الممكن أن يحمل معه ذرات متنوعة ومختلفة من الغبار وأملاح الصوديوم وغاز ثاني أكسيد الكربون والرطوبة.
ولا سيما أن مختلف أنواع المواد الحمضية تعتبر بيئات مناسبة للتآكل المعدني، ومن أهم الأمثلة على تآكل المعادن هو الحديد الذي يتعرض للهواء الرطب، حيث يتحول سطحه إلى أكسيد ذو لون بني.
وأيضاً الحديد الذي يكون في ماء مالح مع وجود وفرة من الهواء والأكسجين فإنه يتحول إلى صدأ، حيث نقول بشكل عام حدث له صدأ، إذ أن ذلك يرتبط بالتيارات الكهربائية التي تتشكل داخل السائل، وفي حال تم تسخين الحديد في الهواء فإنه يصبح مغطى بطبقات ذات لون أسود بسبب تأكسد سطحه.
ومن الأمثلة على التآكل أيضاً أنه عند وضع الحديد في حمض كبريتيك محدد فإنه يتلاشى في المحلول؛ أي أنه يتأكسد ويذوب ثم يتصاعد غاز الهيدروجين، وعندما يتبخر المحلول نلاحظ ترسيب بلورات من كبريتات الحديدوز feso4، حيث أن معدن الآنود هو معدن ذو مستوى منخفض من الطاقة تبعاً لترتيبه في السلسلة الكهروكيميائية، إذ تنساب منه الإلكترونات وهو عبارة عن الجسم الذي يحدث فيه التآكل.
هناك معدن يدعى الكاثود وهو معدن ذو مستوى عال من الطاقة، تبعاً لترتيبه في السلسلة الكهروكيميائية والإلكترونات التي تنساب إليه، حيث أنها تكون من سلك التوصيل الكهروكيميائي والذي تحدث عليه عملية الترسيب، في حين أن الوسط الذي يسمى بالوسط الإلكتروليتي فهو الذي يسمح بمرور الإلكترونات فيه من المصعد باتجاه المهبط (من الآنود إلى الكاثود) ويكون عبارة عن ماء ملحي أو محاليل أحماض وتربة.
كما يقصد بالسلسلة الكهروكيميائية بأنها ترتيب للمعادن المختلفة في الجهد الكهربائي الطبيعي من الأكبر إلى الأصغر، أو تعرف بأنها ترتيب للمعادن بالاعتماد على مدى مقاومتها للتآكل في ظروف معينة، حيث أن كل معدن في هذه السلسة يكون مصعد للمعادن السابقة له خلال السلسلة الكهروكيميائية.
يتكون هذا النوع من التآكل (التآكل الكهروكيميائي)؛ بسبب ظهور التيار الكهربائي نتيجة التفاعل بين المعدن والإلكترونات المحيطه به، ومن الأمثلة على ذلك تآكل خزانات النفط بأنواعها وأنابيب نقل النفط أو السبائك في الجو الرطب وفي ماء البحر والأحماض والمحاليل الملحية وأيضاً في الأرض.
حيث أن الكاتيونات أي الأيونات الموجبة تنفصل عن سطح المعدن وتنتقل إلى الوسط المجاور الذي يدعى الإلكتروليت، كما أن فرق الجهد المتكون عند سطح تلامس المعدن مع الإلكتروليت يسمى بالجهد القطبي وهو الذي يشير إلى مدى ميل المعدن للذوبان، حيث أن قيمته تتوقف في الأساس على تركيب الإلكتروليت، كما يتم تعيين الجهد القطبي للمعادن بشكل تجريبي من خلال مقارنته مع جهد الهيدروجين الذي نعتبره مساوياً للصفر.