ŽDU

Kto (čo) žerie kovy

V prírode sa kovy vyskytujú vo forme rúd, to znamená vo forme hornín, ktoré sú zlúčeninami týchto kovov s inými prvkami. Napr. železná ruda je magnetit, hematit, siderit. Sú to zlúčeniny železa a kyslíka a uhlíka (siderit). Alebo medenou rudou je zlúčenina medi, železa a síry. Ten stav, v ktorom rudy v prírode nachádzame je stabilný, to znamená, že sa samé od seba nemenia. Ich stav sa nemení, pretože v tomto stave príťažlivé sily medzi jednotlivými atómami pripútali atómy do mriežky, v ktorej sú udržiavané pri sebe. Tak ako lopta je v "stabilnom stave", keď spadne do jamky. Keď ju chceme dostať do inej polohy, musíme vykonať prácu na jej vytlačenie z jamky (obr. 1). Pre človeka však kovy v takom stave ako ich nachádzame, nemajú praktický význam, lebo nie sú dostatočne pevné, nedajú sa tvarovať alebo nemajú požadované elektrické vlastnosti. Ľudia objavili spôsob, ako atómy kovov nachádzajúcich sa v rudách usporiadať a pospájať tak, aby mali výhodné vlastnosti. Spôsobu, ktorým sa to deje, hovoríme výroba kovov (obr. 2). Takto usporiadané atómy kovov, ktoré sú poprepájané väzbami tvoria kovovú mriežku. Pre samotné atómy kovu je však takýto stav neprirodzený a nie je stály. Sú v metastabilnom stave (obr. 1). To znamená v stave, z ktorého veľmi ľahko môže prejsť do iného stavu.

Stabilný a metastabilný stav kovu Obr. 1 Stabilný a metastabilný stav kovu

V ovzduší, vode a pôde sa nachádzajú atómy kyslíka a vodíka, ktoré "pomáhajú" kovom uväzneným v mriežke návrat do stabilného stavu, teda do takého, v akom sa nachádzajú v prírode (obr. 3). Návrat atómov kovu do stabilného stavu znamená stratu dobrých vlastností kovu. Proces tohto návratu sa nazýva korózia. Jej výsledkom je, napríklad, známa hrdza.

Atómy železa v metastabilnom stave - usporiadané do kovovej mriežky Obr. 2 Atómy železa v metastabilnom stave - usporiadané do kovovej mriežky
Pôsobenie kyslíka na kov v metastabilnom stave Obr. 3 Pôsobenie kyslíka na kov v metastabilnom stave

Kyslík a vodík musia pri oslobodzovaní kovu vynaložiť určitú prácu na prekonanie bariéry, ktorá atóm kovu drží v mriežke. Veľkosť práce závisí od toho, aký kov koroduje. Čím je táto bariéra väčšia, tým je kov odolnejší. Existujú kovy, s ktorými si vodík neporadí a z mriežky ich vyslobodí iba kyslík. Takýmto kovom hovoríme, že sú ušľachtilé a patria medzi ne platina, zlato, striebro a meď. Poradie kovov, podľa ich odolnosti proti korózii, je takéto:

platina-zlato-striebro-meď-olovo-cín-nikel-železo-chróm-zinok-titán-hliník-horčík.

(Najodolnejšia je platina, najmenej odolný, je horčík.) Niektoré z kovov v uvedenom poradí sú však z hľadiska praktického použitia odolnejšie ako kovy uvedené pred nimi. Napr. titán a hliník sú voči korózii odolnejšie ako železo alebo olovo. Je to spôsobené tým, že zlúčenina, ktorá koróziou vznikne zostáva na povrchu kovu a vytvára nepriepustnú vrstvu. Zabraňuje tak prístupu kyslíka a vodíka k ďalším atómom, ktoré sú v kovovej mriežke. Napr. na povrchu hliníka sa vytvára vrstva oxidu hlinitého (obr. 4).

Zvýšenie odolnosti proti korózii hliníka vytvorením vrstvy oxidu Obr. 4 Zvýšenie odolnosti proti korózii hliníka vytvorením vrstvy oxidu

Zaujímavá situácia nastane pri spojení dvoch kovov, ktoré sú v prostredí (napr. vo vode) rôzne korózne odolné. Ak spojíme pomocou elektrického vodiča (drôtu) napr. meď a horčík a ponoríme ich do pitnej vody, budú sa z mriežky uvoľňovať atómy horčíka (koroduje menej odolný kov). Naopak meď zostane neporušená. Spojeniu takýchto dvoch kovov hovoríme korózny alebo galvanický článok. Tento princíp sa využíva pri konštrukcii bateriek (galvanických článkov). Pri uvoľňovaní kovu zostávajú v mriežke voľné elektróny, ktoré "putujú" vodičom smerom k odolnejšiemu kovu. Tým vzniká prúd elektrónov, t.j. elektrický prúd. Tento prúd môže byť taký veľký, že môže rozsvietiť žiarovku (obr. 5). Ako silno bude žiarovka svietiť závisí i od toho, aký je rozdiel v odolnosti oboch použitých kovov.

Elektrický obvod galvanického článku Obr. 5 Elektrický obvod galvanického článku

V niektorých situáciách však atómom z mriežky prejsť do nežiadúceho "stabilného" stavu môžu pomáhať mikroskopické živočíchy, miliónkrát menšie ako človek - baktérie. Tie dokážu svojím pôsobením meniť agresivitu prostredia (zvyšovať rýchlosť procesu korózie). Napríklad síru, ktorá sa nachádza v zemi, dokážu niektoré baktérie meniť na kyselinu sírovú.

Na rýchlosť korózie kovov majú vplyv aj vlastnosti prostredia, v ktorom sa kov nachádza. Napríklad vyššia teplota prostredia uľahčuje kyslíku a vodíku prácu s oslobodzovaním atómov kovov. "Železná" tyč bude preto rýchlejšie hrdzavieť v Afrike, kde je prostredie teplé a vlhké ako napr. v Severnej Európe, v chladnejšom prostredí.

Vodík a kyslík, atómy, ktoré spôsobujú koróziu kovov vyhľadávajú slabé miesta na povrchu kovov. Miestne zdeformované povrchy majú poškodenú kryštalografickú mriežku, a preto je menej práce s vyslobodzovaním atómov. Napríklad ohnutý klinec bude rýchlejšie hrdzavieť v mieste ohybu, zatiaľ čo rovný klinec bude hrdzavieť pomalšie a rovnomernejšie po celom povrchu (obr. 6).

Vplyv deformácie na hrdzavenie železných klincov Obr. 6 Vplyv deformácie na hrdzavenie železných klincov
Naspäť