التغير الذي ينتج مادة صدأ الحديد يسمى تغير كيميائي

هناك الكثير من التغييرات التي تحدث في البيئة الطبيعية كتبخر المياه، التكثيف، سقوط الأمطار، وخلال بعض التفاعلات، يتم تكسير الروابط القديمة الموجودة بالمواد المتفاعلة ويتم تكوين روابط جديدة في المواد الناتجة، ومن الجدير بالذكر أن

صدأ الحديد هو تغيير كيميائي

،

ويتكون هذا الصدأ حينما يتعرض الحديد إلى الأكسجين مع وجود الرطوبة، ورد الفعل ذلك لا يكون لحظيا، ولكنه يتم على مدى فترة طويلة من الوقت، وتتكون أكاسيد الحديد عند اتحاد ذرات الأكسجين مع ذرات الحديد، وهذا ما يؤدي إلى ضعف الروابط ما بين ذرات الحديد في الجسم، وتكثر حالة أكسدة الحديد نتيجة تفاعل الصدأ، والذي يتبعه خسارة الإلكترونات. [1]

ما هو التغير الكيميائي

إن

التغيير الذي يحدث فيه تغيير التركيب الجزيئي بصورة تامة وتكوين مادة جديدة

يُعرف باسم التغيير الكيميائي، أي أن التغييرات الكيميائية هي التي تؤدي إلى خلق منتجات جديدة، ومن الجدير بالذكر أن التغييرات التي تحدث نتيجة التغيير الكيميائي لا رجعة فيها ودائمة، إذ يتم تغيير كتلة المادة خلال التغيير الكيميائي، فإما أن يتم إضافة الكتلة أو إزالتها، وأثناء التغيير الكيميائي تحدث بعض التغيرات في الطاقة، ويوجد فرق في الطاقة عند تكسير الروابط القديمة الموجودة في المواد المتفاعلة وتكوين روابط جديدة في المنتجات، ويتم تسمية هذا التفاعل بالتفاعل (الطارد للحرارة) في حال تم إطلاق الطاقة، أو يُسمى بتفاعل (ماص للحرارة) عندما يتم امتصاص الطاقة. [2]

ما هو صدأ الحديد

يشير مصطلح صدأ الحديد إلى تشكيل طبقة من الصدأ فوق سطح الحديد أو المعادن، وهو عبارة عن خليط من أكاسيد الحديد تتكون على سطح الأجسام أو الهياكل الحديدية، ويتكون ذلك الصدأ عند تفاعل الأكسدة والاختزال ما بين الأكسجين والحديد في البيئة التي تحتوي على المياه، مثل الهواء الذي يشتمل على نسبة عالية من الرطوبة، ويتميز صدأ الحديد بتشكيل طبقة من مادة لونها أحمر وقشرية تتفتت بسهولة إلى مسحوق، والتي تُعتبر

من علامات حدوث التغير الكيميائي،

وتلك الظاهرة تُعتبر مثالًا رائعًا على تآكل المعادن، إذ يتحلل سطح المعادن إلى أكاسيد أكثر استقرارًا من الناحية الكيميائية، ومع هذا فإن مصطلح “الصدأ” يتم استخدامه بصورة عامة للإشارة إلى تآكل الأجسام المصنوعة من الحديد أو سبائك الحديد.

ونظرًا إلى أن صدأ الحديد هو المثال الأكثر شيوعًا على التآكل المعدني، فمن الأمثلة التي توجد عليه وبصورة كبيرة هي صدأ أنظمة العادم، هياكل السيارات، أنابيب الماء والكثير من أنواع الهياكل الفولاذية، إذ أن العمل المشترك للماء والهواء على سطح الحديد يؤدي إلى تكون طبقة الصدأ، ومن الجدير بالذكر أن الصدأ لا يحدث في الهواء الجاف تمامًا أو في الهواء الذي يخلو تمامًا من المياه، فالظروف الجوية والمساهمات النسبية للعناصر التي تنظم الصدأ تُحدد التكوين المساعد للصدأ.

لماذا الصدأ تغيير كيميائي

يُعتبر صدأ الحديد أحد صور التغير الكيميائي لأنه يمثل مادتين تتفاعلان معًا من أجل صنع مادة جديدة، فحينما يصدأ الحديد تتفاعل جزيئاته مع جزيئات الأكسجين لتشكيل مركب يطلق عليه أكسيد الحديد، ولن يُعد الصدأ من التغيرات الفيزيائية إلا في حال ظلت جزيئات الحديد نقية طوال العملية.

أمثلة على التغير الكيميائي

هناك الكثير من الأمثلة التي تُشير إلى حدوث تغيير كيميائي، ومنها:

صدأ الحديد.
حرق الكافور.
تعكر الحليب.
هضم الطعام.
حرق الشمعة.
حرق الخشب أو الورق.

ما هو التفاعل الكيميائي الذي يؤدي إلى صدأ الحديد

إن تعرض أي هيكل مصنوع من الحديد إلى الأكسجين مع وجود نسبة من الرطوبة يؤدي إلى إلى تكوين الصدأ، ومن الجدير بالذكر أن رد الفعل ذلك ليس فوريًا، فهو يستمر بصورة عامة أثناء فترة كبيرة من الزمن، وفيه تقوم ذرات الأكسجين بالاتحاد مع ذرات الحديد، وهذا ما ينتج عنه تشكيل أكاسيد الحديد، وبالتالي تضعف الروابط الموجودة بين ذرات الحديد في الجسم، ويشتمل تفاعل صدأ الحديد على زيادة في حالة أكسدة الحديد، تصاحبها حالة من فقدان الإلكترونات، وفي الغالب ما يتشكل الصدأ من اثنين من أكاسيد الحديد المتنوعة التي تتباين في حالة أكسدة ذرة الحديد، وتلك الأكاسيد هي:

أكسيد الحديد الثنائي أو أكسيد الحديدوز:

حالة أكسدة الحديد في هذا المركب هي +2 وصيغته الكيميائية هي الحديد O.
أكسيد الحديد (III) أو أكسيد الحديديك:

حيث تظهر ذرة الحديد حالة أكسدة +3، الصيغة الكيميائية لهذا المركب هي Fe2O3.

ونظرًا لأن الأكسجين من العوامل المؤكسد الجيدة جدًا، في حين أن الحديد عامل مختزل، فإن ذرة الحديد تتخلى بسهولة عن الإلكترونات عندما تتعرض للأكسجين.

العوامل المؤثرة في صدأ الحديد

هناك الكثير من العوامل التي تؤدي إلى تسريع حدوث صدأ الحديد، وفي التالي توضيح لها: [3]

الرطوبة:

يقتصر تآكل الحديد على توافر الماء في البيئة، ويُعتبر التعرض للمطر هو أكثر الأسباب شيوعًا للصدأ.
الحمض:

في حال كان الرقم الهيدروجيني للبيئة المحيطة بالمعدن قليلًا، فإن عملية الصدأ تصبح سريعة، إذ يتسارع صدأ الحديد عندما يتعرض للأمطار الحمضية، أما ارتفاع درجة الحموضة يمنع تآكل الحديد.
الملح:

إن الحديد يميل للصدأ بصورة أسرع في البحر نتيجة وجود الأملاح المختلفة، ويشتمل الماء المالح على الكثير من الأيونات التي تؤدي إلى تسريع عملية الصدأ بواسطة التفاعلات الكهروكيميائية.

لماذا يعتبر صدأ الحديد تغييرًا لا رجوع فيه

من غير الممكن أن يتم استعادة الحديد بعد أن يتعرض للصدأ من خلال الطلاء الكهربائي، إذ أن الصدأ عبارة عن تغير كيميائي، بالتفاعل مع الهواء الرطب من أجل تكوين مركبًا جديدًا، وهكذا فإن صدأ الحديد يُعد تغييرًا لا رجوع فيه، أي أن الصدأ فور تكوينه لا يمكن تحويله مرة أخرى إلى حديد. [4]

كيفية حماية المعادن من الصدأ

إن الصدأ من الأشياء المزعجة التي تحدث في الهياكل المعدنية، وأحيانًا يؤدي إلى تلفها تمامًا، وهناك الكثير من الطرق التي قد تؤدي إلى حماية الحديد من الصدأ، وفي التالي أفضل الطرق لمنع الصدأ: [5]

الجلفنة

إن الجلفنة عبارة عن طريقة قوية تمنع الصدأ، ويتم تطبيقها بالغمس الساخن للحديد أو الطلاء الكهربائي.

الفولاذ المقاوم للصدأ

إن الفولاذ المقاوم للصدأ يتمثل في شكل سبيكة، ويشتمل على نسبة لا تقل عن 11٪ من مادة الكروم، ويسمح هذا بتشكيل طبقة واقية من أكسيد الكروم والتي تعمل كدرع ضد الصدأ.

الصيانة الدورية

عند القيام بإجراء صيانة دورية فإن هذا يساعد على منع تشكيل الصدأ ومنع تقدم أي صدأ قد حدث بالفعل، ومن الهام جدًا التخلص من أي صدأ متكون، ومن الممكن استخدام شفرة حلاقة من أجل المناطق الصغيرة، كما أنه عن طريق استخدام الماء الدافئ والصابون يمكن إزالة الأوساخ السطحية، وبعد هذا لا بد من وضع طلاء مقاوم للصدأ على السطح.

الطلاء العضوي

وهو من أكثر الطرق الفعالة للحماية من الصدأ وخاصة من حيث التكلفة، فهو يُكون حاجزًا ضد العناصر التي تُسبب التآكل، وتُعد الطلاءات التي أساسها الزيت مثالية من أجل منع تغلغل المياه والأكسجين.