Почему оцинкованное железо не ржавеет?

Наверное, ни для кого ни секрет, особенно, для владельцев автомобилей, что, стальная деталь, покрытая цинком, будет на долгие годы защищена от ржавчины и сквозной коррозии. Давайте попробуем разобраться почему и углубимся немного в электрохимию.

Для начала разберемся, как вообще происходит электрохимическая коррозия, и на железе появляется ржавчина. Для этого нужно вспомнить, как работает батарейка, т.к. выработка ей электричества и природа коррозии практически одинакова.

Как мы знаем, в гальванической ячейке два разных металла, имеющие разную способность отдавать электроны, соединяют проводом и опускают в электролит – раствор солей или кислоту. Положительные ионы, плавающие в электролите, приплывают к одному из металлов и забирают у него электроны в раствор. В этом металле образуется недостаток электронов, и он называется катодом. А т.к. к нему проводом подсоединен другой металл, у которого электроны никто не отбирал, он с охотой ими делится, и электроны начинают перетекать от одного металла к другому, т.е. в проводе начинает идти ток. Метал, который отдает по проводу электроны, называется анодом. Так как анод поделился своими электронами с катодом, на нем образовался их недостаток, и часть атомов превратилась в положительные ионы. А в электролите, тем временем к этому аноду приплывают отрицательные ионы (например, OH-). И, казалось бы, отрицательные ионы, у которых избыток электронов, должны поделиться ими с положительным ионом металла, имеющим их недостаток. Но нет, оказывается энергия связи этих электронов в отрицательном ионе слишком большая, и иону металла выгоднее оторваться и выйти в свободное плавание в электролит, а получить этот желаемый электрон от отрицательного иона уже в растворе с образованием нового вещества (например, гидроксида). Таким образом, один металл (анод) растворяется в электролите, а другой (катод) нет.

А что насчет ржавления железа? На одном и том же куске железа в присутствие воды может образоваться гальваническая пара. Дело в том, что на поверхности железной детали есть различные шероховатости, царапины и прочие дефекты. И каждая неровность имеет свою способность отдавать электроны. Например, анодом могут быть царапины, поры или места сгиба металла, места соприкосновения с другой деталью или края сколов краски. В свою очередь более ровные участки или центры скола будут катодами.

В этой гальванической паре, как и в батарейке, место, являющееся катодом, отдает электроны в электролит (каплю воды, например), образуя с молекулой воды и растворенного в ней кислорода ион OH-. Место, являющееся анодом, запускает по металлу к катоду свои электроны и растворяется, отдавая в электролит ионы железа. Эти два иона – положительный ион железа и отрицательный гидроксид-ион, плавая в электролите, соединяются друг с другом, образуя гидроксид железа, входящий в состав той самой ржавчины, которая выпадает в осадок на поверхность металла.

Что дает нанесение цинка?

Цинк более охотно по сравнению с железом отдает электроны, поэтому на поверхности железной детали, является, так называемым, жертвенным анодом. В такой конфигурации железо становится катодом, а цинк растворяется вместо него. И даже если в цинковом покрытии будет царапина, оголенное железо по-прежнему будет катодом, т.к. в данном случае защита не барьерная, как краска, а электрохимическая. Таким образом, в оцинкованных железных деталях железо не будет подвержено коррозии до тех пор, пока весь цинк не растворится.

Гидроксид цинка, образующийся по такому же принципу, как и гидроксид железа, имеет другие свойства, и на оцинкованных деталях мы видим лишь небольшое потемнение. К тому же образующаяся на цинке пленка не такая рыхлая, как ржавчина и при образовании частично мешает контактировать электролиту с металлом, дополнительно защищая его.

Поскольку, я не химик, а при работе с металлом, так или иначе, с коррозией приходится сталкиваться, можете поправлять в плане образованных веществ. А для меня самое главное было не перепутать анод и катод😁.

А у вас машина быстро ржавеет в ваших погодных условиях?