Korozyon Nedir? Redoks Temeli ve Demirin Paslanması

Korozyonun tanımı ve temel özellikleri

Korozyon, bir metalin çevresiyle kimyasal veya elektrokimyasal tepkimeye girmesi sonucunda bozulmasıdır. Metal atomları çevredeki su, oksijen ve başka kimyasal türlerle etkileşirken yüzeyin yapısı değişebilir. Bunun sonucunda metal incelir, dayanıklılığını kaybedebilir veya yüzeyinde yeni bileşiklerden oluşan bir tabaka meydana gelebilir. Bu nedenle korozyon, metallerin çevreyle etkileşiminin uzun süreli bir sonucu olarak düşünülebilir.

Korozyonun görünüşü her metalde aynı değildir. Bazı metallerin yüzeyinde oluşan ince tabaka, alttaki metali dış ortamdan ayırarak tepkimenin ilerlemesini yavaşlatabilir. Bakırın havayla yükseltgenmesi sonucunda önce farklı bakır oksitleri, daha sonra mavi-yeşil renkli bir yüzey tabakası oluşması buna örnektir. Bu tabaka bakır yüzeyini kısmen koruyabildiği için korozyonun ilerlemesi sınırlanabilir. Buna karşılık demirde oluşan pas yüzeyden döküldüğünde yeni metal yüzeyleri açığa çıkar ve bozulma devam eder.

Korozyon ile paslanma aynı anlamda kullanılmamalıdır. Paslanma, korozyonun özellikle demir ve demir alaşımlarında görülen özel bir türüdür; her korozyon olayı paslanma değildir. Örneğin bakırın yüzeyindeki mavi-yeşil tabaka da korozyon sonucunda oluşur, ancak pas olarak adlandırılmaz.

Korozyonun redoks ve elektrokimyasal temeli

Korozyonun temelinde redoks tepkimesi vardır. Redoks, yükseltgenme ve indirgenmenin birlikte gerçekleştiği tepkimedir. Metal korozyona uğrarken elektron verir ve yükseltgenir. Bu elektronları alan çevredeki bir tür ise indirgenir. Böylece metal yüzeyindeki bozulma, yalnızca tek bir tepkimeyle değil, elektron alışverişiyle bağlantılı iki süreçle gerçekleşir.

Elektrokimyasal korozyonda metal yüzeyinin bazı bölgelerinde metal atomları iyon hâline geçerek elektron bırakır. Bu bölgeler anot gibi davranır ve korozyonun yükseltgenme basamağı burada gerçekleşir. Bırakılan elektronlar metal içinde hareket ederek yüzeyin başka bölgelerine ulaşır. Su içeren ortam, iyonların hareketini sağlayan bir elektrolit görevi görür; yüzeyin başka bir bölümünde oksijen veya uygun başka bir tür bu elektronları alarak indirgenir. Böylece elektron akışı ile iyonların bulunduğu ortam birlikte çalışır ve metalin bozulması sürer.

Demirin paslanmasında demir önce demir iyonlarına dönüşecek şekilde yükseltgenir. Ortamdaki oksijen elektronları alır; oluşan demir(II) iyonları daha sonra oksijenle tepkimeye girerek pas olarak bilinen hidratlı demir(III) okside dönüşür. Pas tabakası koruyucu ve sürekli bir örtü oluşturmadığı için çatlayıp dökülebilir; bu da su ve oksijenin yeni demir yüzeylerine ulaşmasına izin verir. Böylece redoks süreci metalin daha derin kısımlarına ilerler.

Birbirine temas eden farklı metallerden birinin diğerine göre daha kolay yükseltgenmesiyle ortaya çıkan özel elektrokimyasal durum galvanik korozyon olarak adlandırılır; ayrıntılı incelenmesi ayrı bir konudur.

Demirin paslanması

Demirin paslanması, demirin su ve oksijenle temas ettiği ortamlarda gerçekleşen korozyondur. Atmosfere açık demir yüzeyinde demir atomları elektron vererek yükseltgenir ve demir(II) iyonları oluşur. Aynı sırada havadaki oksijen, özellikle suyun bulunduğu yüzey bölgelerinde bu elektronları alarak indirgenir. Oluşan demir(II) iyonları daha sonra oksijenle yeniden tepkimeye girer ve su içeren hidratlı demir(III) oksit oluşur; günlük dilde bu maddeye pas denir.

Paslanmanın demir için önemli sonucu, oluşan tabakanın metali etkili biçimde yalıtmamasıdır. Pas yüzeyden ayrıldığında altında temiz demir açığa çıkar. Bu yeni yüzey de su ve oksijenle karşılaştığı için yükseltgenme sürer. Örneğin yağmur altında veya nemli bir ortamda bırakılan demir bir eşyanın önce yüzeyinde renk değişimi ve pas lekeleri görülebilir; zamanla pas tabakası döküldükçe metalin daha büyük bölümü korozyona uğrar.

Su, oksijen ve elektrolitlerin korozyona etkisi

Su ve oksijen, demirin paslanması için temel çevresel koşullardır. Su, metal yüzeyinde iyonların hareket edebileceği bir ortam oluşturur; oksijen ise redoks sürecinde elektron alabilen tür olarak görev yapar. Metal yüzeyinin bir bölgesinde yükseltgenme, başka bir bölgesinde oksijenin indirgenmesi gerçekleşebildiğinde elektrokimyasal korozyon devam eder. Bu nedenle kuru ve oksijensiz koşullarda aynı süreç, su ve oksijenin birlikte bulunduğu ortama göre çok daha sınırlı olabilir.

Elektrolitler, iyon içeren ve elektriksel yüklerin ortam içinde taşınmasını kolaylaştıran çözeltilerdir. Tuzlu su ve yollardaki buz çözücü tuzların oluşturduğu çözeltiler bu açıdan korozyon hızını artırabilir. Tuzlu bir ortamda metal yüzeyindeki elektrokimyasal süreçler daha kolay sürdüğü için demirin paslanması hızlanabilir. Bu durum, deniz suyuna maruz kalan metal parçaların veya kışın tuzlanan yollardaki araç parçalarının neden daha fazla korozyon riski taşıdığını açıklar.

Korozyonu yavaşlatma fikri, metalin su ve oksijenle temasını azaltmaya ya da onu yükseltgenmenin gerçekleşmediği elektrokimyasal konuma getirmeye dayanır. Bu fikirlerin uygulamadaki ayrıntılı yöntemleri ayrı bir başlıkta incelenir.