ميكانيكية التآكل المعدني

ما هي ميكانيكية التآكل المعدني؟

من المعروف أن هناك أنواعاً كثيرة من المعادن النقية والسبائك، حيث تمتاز بأنها وحيدة التطور، كما أنها تمنع حدوث التآكل بشكل جيد، أما بالنسبة للسبائك التي تكون ذات عدة أطوار وتحتوي على جهود مختلفة فهي عبارة عن عمود كهربائي صغير جداً، يمتاز بأنه كثير الأقطاب، ولهذا السبب تعتبر تلك السبائك سهلة التآكل.
فعلى سبيل المثال عندما يحدث تلامس للحديد مع الزنك (هذه ما تدعى بعملية الجلفنة) فإنه سيحدث تآكل لزنك، أي أنه من الممكن أن يكون معدن إيجابي أو سلبي بالنسبة لتأثير الوسط، كما يتم تعيين إيجابية المعدن خلال وسط التآكل في بعض من المعادن مثل الألمنيوم ومعدن الكروم وذلك عند حدوث عملية الأكسدة، حيث تتشكل طبقة من الأكاسيد تعمل على حماية المعدن من استمرارية التآكل.
كما يُشترط لإتمام عملية التآكل المعدني (ميكانيكية التآكل) أن يتوفر قطبي التفاعل (الآنود، الكاثود)، كما أنه يجب العثور على فرق جهد كهربائي بين كل من تلك الأقطاب، بحيث يجب أن لا يقل عن 50 ميلي فولت؛ مما يعني أن هذا الفرق يتولد نتيجة الكثير من الأسباب؛ كاختلاف التركيزات أو اختلاف المواد بالإضافة إلى اختلاف نسبة الأكسجين).
إلى جانب ذلك فأنه يجب توفر اتصال معدني أو اتصال مادي بين الآنود والكاثود، والذي يتسبب في مرور التيار الكهربائي من خلاله، كما انه ولا بد من توفر وسط ينغمس في القطبين، كما يجب أن يتم العثور خلال هذا الوسط على الموصلية الكهربائية (الإلكتروليت).
وفي حال توافرت تلك الشروط فإن ذلك سيتسبب في تشكيل خلية التآكل ويبدأ المعدن في التآكل، واعتماداً على هذا الأساس تُبنى نظريات منع التآكل، كما أن الخلية الجلفانية تتشكل عندما يحدث اتصال بين فلزين مختلفين مع بعضهما البعض، حيث يكون هذا الاتصال اتصالاً كهربائياً، وذلك بعد غمرهما في محلول إلكتروليتي.
حيث أن المصعد في هذه الخلية يمثل الفلز ذو الجهد المنخفض، والذي يكون من السهل مهاجمته، وبمجرد أن يذوب فإنه سيترسب على المهبط كمية كهروكيميائية معادلة من الفلز، هذا يعني أن المصعد يذوب في حال حماية المهبط، حيث يرافق ذوبان المصعد في المحلول وتحوله إلى أيونات بالإضافة إلى تحرير عدد من الإلكترونات التي من المحتمل أن تسري بتوصيل كهربائي خارجي إلى المهبط وتعادل الأيونات الموجبة المترسبة عليه من المحلول.
مثالاً على ما سبق شرحه عند العمل على غمس قضيبين الأول يكون من معدن الزنك في وسط إلكتروليتي، كما أنه يتشكل من أيونات الزنك الموجبة وأيونات سالبة so4، وأيضاً أيونات أخرى موجبة مثل الهيدروجين، والمعدن الثاني يكون من معدن النحاس في وسط إلكتروليتي يتشكل من أيونات.
في حال تم توصيل القضيبين خارجياً بواسطة سلك موصل للكهرباء فإن الإلكترونات ذات الشحنات السالبة تنساب خلال سلك التوصيل من قضيب الزنك والذي يتحول ليصبح آنود، في حين أنه إذا كان تجاه قضيب النحاس فإنه سيصبح كاثود؛ وذلك نظراً لأن الزنك يميل بشكلٍ كبير لفقد الإلكترونات (أي أنه ذو جهد قطبي أقل من جهد النحاس).
وحتى يتم الاحتفاظ بحالة من التوازن فإن أيون موجب الشحنة سينساب خلال الوسط الإلكتروليتي من قضيب الزنك، وبالتالي سيحدث تآكل في قضيب الزنك، في حين سيحدث الترسب على قضيب النحاس، حيث نستطيع أن نحصل على الأيونات الموجبة من الأملاح المعدنية ونحصل على الأيونات السالبة من الحامض الكبريتي.
إن ظاهرة فقدان الإلكترونات من القطب السالب وأيضاً ذوبان الزنك في المحلول (التآكل) تم تسميتها باسم عملية التأكسد، أما ظاهرة كسب إلكترونات للأيونات الموجبة وترسبها على هيئة معدن على القطب الموجب تدعى بعملية الاختزال.
وحتى يتم حساب القوة الكهربائية الدافعة التي تقوم بالتعبير عن الجهد الكهربائي المولد من خلال الخلية الجلفانية من المعادلة الكلية، فإننا نقوم بجمع جهد القطب القياسي للآنود مع جهد القطب القياسي للكاثود، وبما أن إلكترون النحاس خلال المثال السابق كان في حالة اختزال فستتغير إشارته وبهذا نحصل على القوة الكهربائية الدافعة.
كما أن هناك الكثير من العوامل التي تؤثر في اختلاف جهد المعدن، كعوامل تخص المعدن نفسه وعوامل أخرى تخص المحلول الإلكتروليتي، فالعوامل التي تخص المعدن تتلخص في طبيعة المعدن أي موقعه في السلسلة الكهروكيميائية بالإضافة إلى تشطيب السطح ودرجة حرارة المعدن.
أما بالنسبة للعوامل التي تعود للمحلول الإلكتروليتي فهي درجة تركيز المحلول ودرجة حرارة هذا المحلول بالإضافة إلى اختلاف التهوية.