3.5-Corrosion

3.5-Corrosion Important Formulae

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Corrosion is a natural process that involves the deterioration of metals due to chemical reactions with their environment. Understanding corrosion is essential for preventing damage to metal structures and components.

3.5.1 Definition of Corrosion

Corrosion can be defined as the process by which metals undergo oxidation and degradation when exposed to moisture, oxygen, and other environmental factors. It often results in the formation of rust or other compounds that weaken the metal.

3.5.2 Causes of Corrosion
  • Moisture: The presence of water, especially in the form of humidity or rain, accelerates the corrosion process by facilitating the transfer of ions.
  • Oxygen: Oxygen in the atmosphere reacts with metals, leading to oxidation. This reaction is particularly pronounced in the presence of water.
  • Acids and Salts: Acidic environments and saline solutions (like seawater) can significantly increase the rate of corrosion. Salts promote the electrochemical reactions that lead to corrosion.
  • Environmental Pollutants: Chemicals such as sulfur dioxide (SO2) and nitrogen oxides (NOx) can lead to acid rain, which accelerates the corrosion of metals.
3.5.3 Types of Corrosion
  • Uniform Corrosion: This type occurs evenly across the surface of the metal, often seen in iron exposed to moisture and air, resulting in rust formation.
  • Pitting Corrosion: Characterized by the formation of small pits or holes in the metal surface. It is localized and can lead to structural failure, often seen in stainless steel.
  • Crevice Corrosion: Occurs in confined spaces or crevices where moisture can accumulate. It is commonly found in joints and under gaskets.
  • Galvanic Corrosion: Happens when two dissimilar metals are in contact in the presence of an electrolyte. The more reactive metal corrodes faster than it would alone.
  • Stress Corrosion Cracking: Results from the combined effects of tensile stress and a corrosive environment, leading to cracks in the metal.
3.5.4 Chemical Reactions Involved in Corrosion

The most common form of corrosion is rusting, which involves the following chemical reactions:

  • Oxidation Reaction: Iron reacts with oxygen in the presence of water:
    • 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
  • Formation of Rust: Iron(III) hydroxide further dehydrates to form rust (Fe2O3·nH2O):
    • 4Fe(OH)3 → 2Fe2O3·3H2O + 6H2O
3.5.5 Prevention of Corrosion

Several methods can be employed to prevent or reduce corrosion:

  • Coating: Applying a protective layer (paint, oil, or plastic) can shield metals from moisture and air.
  • Galvanization: Coating iron or steel with zinc to protect against rusting, as zinc acts as a sacrificial anode.
  • Corrosion Inhibitors: Adding substances to the environment that slow down the corrosion process, commonly used in cooling systems.
  • Cathodic Protection: Using a more reactive metal as a sacrificial anode, which protects the less reactive metal from corrosion.
3.5.6 Economic Impact of Corrosion

The economic impact of corrosion is significant, leading to costly repairs and replacements in various industries, including construction, transportation, and infrastructure. Effective management and prevention strategies are essential to mitigate these costs.


Rusted Bolt.
Thester11, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

3.5 - Corrosion

धातु का क्षय, जिसे Corrosion कहा जाता है, एक प्राकृतिक रासायनिक प्रक्रिया है, जिसमें धातु वायुमंडल में उपस्थित तत्वों, जैसे कि आक्सीजन, जल, और अन्य रासायनिक एजेंट्स के संपर्क में आकर अपने गुण बदलती है। यह एक अनिवार्य रूप से नकारात्मक प्रक्रिया है, जिससे धातु का रूप और संरचना बिगड़ने लगती है।

सबसे सामान्य उदाहरण लोहा या इस्पात का जंग लगना है। जब लोहा आक्सीजन और जल के संपर्क में आता है, तो यह लोहा-ऑक्सीजन प्रतिक्रिया होती है, जिससे जंग (Fe₂O₃) बनता है। इस प्रक्रिया को समझने के लिए निम्नलिखित रासायनिक अभिक्रिया देखें:

$4Fe + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$

जब लोहा हाइड्रॉक्साइड रूप में जमा होता है, तो यह धीरे-धीरे वायुमंडल में मौजूद ऑक्सीजन से प्रतिक्रिया करके जंग (Fe₂O₃·xH₂O) में परिवर्तित हो जाता है। यह प्रक्रिया धातु के पित्तीकरण और इसकी संरचना को कमजोर करने का कारण बनती है।

कॉरोसियन की स्थितियाँ:

  • ऑक्सीजन: जब धातु वायुमंडल में मौजूद ऑक्सीजन के संपर्क में आती है, तो यह जंग लगने की प्रक्रिया को तेज करती है।
  • जल: जल के संपर्क में आने से धातु के जंग लगने की संभावना अधिक होती है। जल में घुला हुआ ऑक्सीजन और अन्य रसायन इस प्रक्रिया को बढ़ावा देते हैं।
  • लवण: लवण (जैसे NaCl) पानी में घुलकर और अधिक क्रियाशील बनते हैं, जिससे धातु का क्षय और तेज़ी से होता है।

धातु की संरचना में परिवर्तन:

धातु के क्षय के परिणामस्वरूप उसके स्वरूप में परिवर्तन आता है। जंग लगाने के कारण धातु की सतह पर एक ऑक्सीकरण परत बन जाती है, जो धातु के गुणों को प्रभावित करती है। उदाहरण के तौर पर, लोहा जंग लगने पर अपनी शक्ति और मजबूती खो देता है।

कॉरोसियन को रोकने के उपाय:

  • पेंटिंग: धातु की सतह को पेंट या कोटिंग से ढकने से हवा और जल के संपर्क से बचा जा सकता है।
  • गैल्वनाइजिंग: गैल्वनाइजिंग प्रक्रिया में लोहे की सतह को जिंक से कोट किया जाता है, जिससे जंग की प्रक्रिया धीमी हो जाती है।
  • ऑनोडाइजिंग: ऐल्युमिनियम धातु की सतह पर एक परत बनाई जाती है, जिससे यह जंग से बची रहती है।
  • कर्मिक कवरिंग: धातुओं की सतह पर किसी अन्य धातु की पतली परत चढ़ाने से भी corrosion को रोका जा सकता है।

ऑक्सीकरण और रिडक्शन की प्रक्रिया: जब धातु का क्षय होता है, तो यह ऑक्सीकरण-रिडक्शन प्रक्रिया के अंतर्गत आता है। यहां, धातु का ऑक्सीकरण होता है, और इलेक्ट्रॉन खोने से वह सकारात्मक आयन में बदल जाती है। उदाहरण के लिए, लोहे का ऑक्सीकरण:

$Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-$

और इस तरह इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने वाले तत्वों को रिडक्शन कहते हैं।

धातु के क्षय की प्रक्रिया पर नियंत्रण पाना और इसे रोकना महत्त्वपूर्ण है, क्योंकि यह धातु के उपयोगिता को प्रभावित करता है। इसके लिए विभिन्न विधियों और उपायों का उपयोग किया जाता है, जो विज्ञान और तकनीकी दृष्टि से महत्वपूर्ण होते हैं।

Metallic oxides of zinc, magnesium and copper were heated with the following metals. 
In which cases will you find displacement reactions taking place?

Which metals do not corrode easily?

Solution:

Metals That Do Not Corrode Easily

Some metals are known for their resistance to corrosion, making them ideal for various applications. Gold is highly resistant to corrosion and tarnishing due to its noble nature. Platinum also exhibits excellent corrosion resistance, often used in jewelry and catalytic converters. Additionally, metals like titanium and stainless steel are known for their durability in harsh environments. The presence of a protective oxide layer on aluminum provides it with corrosion resistance as well. These metals are often preferred in industries where exposure to moisture and chemicals is common, ensuring longevity and reliability in their use.

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What are alloys?

Solution:

Alloys

Alloys are metallic substances composed of two or more elements, where at least one of the elements is a metal. They are created to enhance the properties of the base metal, such as strength, durability, corrosion resistance, and melting point. Common examples of alloys include steel, which is made from iron and carbon, and brass, which consists of copper and zinc. Alloys can be categorized into two main types: substitutional alloys, where atoms of the original metal are replaced by atoms of similar size, and interstitial alloys, where smaller atoms fit into the spaces between larger metal atoms.

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