Открытия и гипотезы, 2012 №02 - страница 33

Давайте вспомним, откуда берется железо или, например, алюминий. Правильно, их выплавляют из руды — железной, марганцевой, магниевой, алюминиевой и др. Металлы в рудах содержатся в основном в виде оксидов, гидроксидов, карбонатов, сульфидов, то есть в виде химических соединений с кислородом, водой, серой и пр.

В природе в металлическом, или свободном состоянии в основном можно встретить лишь золото, платину, иногда серебро. Эти металлы устойчивы, то есть не стремятся (или слабо стремятся) образовывать химические соединения. Наверное, по этой причине они получили название благородных.

Что же до подавляющего большинства металлов, то чтобы они находились в свободном состоянии, их надо восстановить из природных рудных соединений, то есть выплавить. Выходит, выплавляя металл, мы переводим его из устойчивого состояния в неустойчивое. Вот он и стремится вернуться в исходное состояние — окислиться. Это и есть коррозия — естественный для металлов процесс разрушения при взаимодействии с окружающей средой. Частный случай коррозии — ржавление — образование на железе гидроксида железа Fe(OH)_>3. Этот процесс может протекать только в присутствии влаги (воды или водяных паров).

Но почему же тогда не рушатся в одночасье мосты, не рассыпаются мгновенно самолеты и автомобили? Да и кастрюльки со сковородками не превращаются на наших глазах в рыжий, черный или серый порошок. К счастью, реакции окисления металлов протекают не столь стремительно. Как и любой процесс, они идут с определенной скоростью, порою очень небольшой. Более того, есть много способов замедлить коррозию.

Вы замечали, что на нержавеющей стали не бывает ржавчины, хотя ее основу составляет то же самое железо, которое при окислении (в присутствии воды или водяного пара) превращается в рыжий мохнатый гидроксид. Тут есть одна хитрость: нержавеющая сталь — это сплав железа с другими металлами. Введение в металлические сплавы элементов для придания им тех или иных свойств называется легированием.

Основной легирующий элемент, который добавляют к обычной (углеродистой) стали, чтобы получить нержавеющую, — хром. Этот металл тоже стремится окислиться, что он с успехом и делает гораздо охотнее и быстрее, чем само железо. При этом на поверхности нержавеющей стали быстро образуется пленка из оксида хрома.

В отличие от рыхлой ржавчины компактный темный оксид хрома не дает агрессивным ионам окружающей среды проникать к поверхности металла, то есть оксид попросту прикрывает собой металл, и процесс коррозии прекращается. Такие оксидные пленки называются защитными. В нержавеющих сталях хрома должно быть строго определенное количество, но не менее 13 %. Кроме хрома в нержавеющие стали часто добавляют никель, молибден, ниобий и титан.

Благодаря защитным пленкам многие металлы неплохо выдерживают воздействие различных сред. Возьмем, к примеру, алюминиевую кастрюльку, в какой кипятят молоко или варят манную кашу.

Обычно такая кастрюлька не блестит, подобно хрому или нержавеющей стали, и имеет слегка белесый цвет. Дело в том, что на алюминии, как и на других металлах, на воздухе всегда образуется белесая оксидная пленка (оксид алюминия), которая отлично защищает металл от коррозии. Такие пленки называются пассивными, а металлы, на которых они самопроизвольно образуются, — пассивирующимися. Если же алюминиевую кастрюльку почистить металлической щеткой, налет исчезнет и появится металлический блеск. Но очень быстро поверхность вновь покроется пленкой оксида алюминия и станет белесой.

Перевести металл в пассивное состояние можно принудительным образом. Например, железо помимо незащитных гидроксида железа или же низших оксидов (закиси и закиси-окиси) при определенных условиях образует высший оксид — окись железа (Fe