الكيمياء

الكيفية التي تتم بها عملية “الصدأ” وطرق مقاومتها والتخلص منها

2002 في رحاب الكيمياء

الدكتور نزار رباح الريس , الدكتورة فايزة محمد الخرافي

KFAS

عملية الصدأ الكيمياء

هناك المئات بل الألوف من الأفران اللافحة التي تستخدم لإنتاج الحديد والصلب في سائر أنحاء المعمورة . 

وبحسب الاقتصاديون كميات الحديد التي تستهلك كل عام للتنبؤ بكمية الحديد اللازم إنتاجها للسنة التالية .  وتدل احصائيات على أن إنتاج كل خامس فرن لافح في هذا العالم يذهب هباءاً . 

ذلك ان حوالي %20 من الحديد المنتج يفقد كل عام ويقع ضحية لعدو لا يرحم، إنه الصدأ … أو ما نسميه بالتآكل . 

 

ولا يقتصر الأمر على الحديد والصلب بل إن هناك فلزات اخرى تصدأ مثل النحاس والقصدير والزنك .  وهنا نتساءل … ما هو كنه هذا العدو … وكيف تصدأ الفلزات وتتآكل ؟

إن التآكل يعني أكسدة الفلزات ، حيث إن معظمها لا يقاوم التأكسد حينما يكون في حالته النقية .  ونحن نلاحظ أن السطح اللامع للفلزات لا يلبث يخبو لمعانه وتكسه طبقة من أكسيد الفلز .   

وحينما تتأكسد الفلزات والسبائك فإنها تفقد خواصها القيمة ، وتصبح ضعيفة وأقل ليونة ، وتقل موصليتها للحرارة والكهرباء .

 

وحينما يبدا التآكل فإنه لا يتوقف عند حد ، ولا يلبث هذا "الشيطان البنى" أن يلتهم القطعة الفلزية رويداً رويداً دون كلل أو ملل .  ويحدث هذا حينما تهاجم بعض جزيئات الأكسجين سطح الفلز ، فتتكون بعض جزيئات اكسيد الفلز ، وتظهر طبقة رقيقة من الأكاسيد على هذا السطح . 

ويلاحظ ان هذه الطبقة من الأكسيد منفذة ، فهي تسمح بمرور مزيد من جزيئات الأكسجين إلى باقي ذرات الفلز لتؤكسدها ، ويصل الصدأ إلى قلب القطعة الفلزية وينتشر في سائر أنحائها ليقضي في النهاية عليها ويحولها إلى قطعة لا نفع منها ولا جدوى .

ويمكن أن تزداد سرعة التآكل إذا توافرت ظروف أفضل لحدوثهن فوجود بعض الغازات مثل الكلور والفلور وثنائي أكسيد الكبريت وكبريتيد الهيدروجين يسرع بعملية الصدأ ، لأن هذه الغازات تقوم بمهاجمة هذا الفلز وتدميره وتسمى هذه العملية التآكل بالغاز .

 

والآن ماذا عن المحاليل المختلفة ؟

إنها ايضاً أعداء للفلزات ، ومثال ذلك مياه البحر والمحيط .. ونحن نعلم أن السفن وعابرات المحيط لا بد من صيانتها بين الحين والآخر ، وذلك بطلاء سطحها بالمواد التي تحفظه من التآكل . 

وفي هذا المجال تروي قصة معبرة عن ثري أمريكي أراد يوماً أن يبني أفضل يخت في العالم ، وكلف إحدى الشركات المختصة ببنائه واطلق عليه اسم "نداء البحر".

وقام المنفذون بعمل كل ما في وسعهم لبناء اليخت في أفضل صورة … ويتم لهم ذلك ، ولم يبق سوى تنفيذ الديكورات الداخلية .  لكن المحزن أن هذا اليخت لم ينزل إلى البحر أبداً … ولم تتح له فرصة لذلك .  فقبل فترة قليلة من اليوم المحدد لتدشينه وإنزاله في الماء وجد أن جسم اليخت وقعره وقد تآكل تماماً … فكيف حدث ذلك ؟

 

إن التآكل عملية كهربائية كيميائية (كهروكيميائية) … فإذا علمنا أن متعهد بناء اليخت قد قام بكساء قعره بسبيكة من النيكل والنحاس تسمى الفضة الألمانية ، وكانت هذه فكرة صائبة لأن هذه السبيكة، وإن كانت مرتفعة الثمن ، إلا أنها تقاوم التآكل بدرجة كبيرة ، لكنها لا تتميز بالمتانة والقوة ، فكان لا بد من استخدام قطع من الصلب إلى جانبها . 

وهنا كانت الكارثة .  لقد تكونت خلايا غلفانية قوية عند نقاط التماس بين الفضة الالمانية والصلب.  فبدأ قعر اليخت في التآكل فوراً .. وكانت النهاية الحزينة .. وكانت النهاية الحزينة .  لقد كانت خيبة أمل كبيرة للمليونير الأمريكي، وكان درساً قاسياً لمنفذي عملية البناء .

هذا هو التآكل .. عدو الفلزات الأول الذي يقضي عليها ويفقدها خواصها .. وإذا أردت أن تعرف فداحة الخسائر التي يسببها فانظر حولك … وتذكر أنه يأكل كل شيء .. بدءاً بالإبرة والمسمار .. والباب والنافذة وأنابيب المياه ومروراً بالسيارة والقطار والطائرة .. وانتهاء بالمنشآت الصناعية الهائلة في كل ارجاء المعمورة .. ويكفي أن نقول إن الخسائر الناجمة عن التآكل تقدر ببلايين الدولارات كل عام .

 

والآن كيف نقاوم هذا العدو ؟

يروى أن عموداً كبيراً من الحديد النقي ينتصب منذ عدة قرون في مدينة دلهي الهندية ، وانه رغم مرور السنين الطوال ما يزال هذا العمود يبدو جديداً لم يتأثر بكل الظروف التي أحاطت به … ويبدو هنا وكأن التآكل قد أخفق في القضاء على هذا العمود .. أو أنه قد أقلع عن مهاجمته .

فكيف تمكن المعدنون من صنع مثل هذا العمود من الحديد النقي ؟ إن الجواب عن هذا السؤال ما زال بعيداً .. حتى أن البعض ذهب إلى القول إن هذا العمود ليس من صناعة الإنسان. . ولكن مخلوقات من كوكب آخر احضرت معها ونصبته هناك .. لتعلن عن وصولها إلى الأرض !!

وإذا ابتعدنا عن الأساطير والحكايات الخاصة بهذا العدو .. تبقى حقيقة أكيدة يعرفها الكيميائيون ، وهي أنه كلما زادت نقاوة الفلز زادت مقاومته للتآكل .. فإذا أردت أن تهزم التآكل ، فما عليك إلا أن تستخدم أنقى الفلزات ولا يقتصر الأمر على نقاء القطعة الفلزية .. بل يمتد الأمر إلى طريقة تجهيزها .

 

فقد أوضحت التجارب أن نعومة السطح تلعب دوراً كبيراً في حمايته من التآكل .  ولقد تمكن المهندسون من تجهيز أدوات فلزية بسطح شديد النعومة وهي التي استخدمت في بناء الصواريخ وسفن الفضاء .

ولنا أن نتساءل .. هل تعدّ النقاوة ونعومة السطح كافيين لمنع التآكل ؟ الجواب قطعاً بالنفي .. ذلك أن الفلزات النقية عالية الكلفة ويصعب تحضيرها وخاصة إذا كنا نحتاج إلى كميات كبيرة منها. 

وإلى جانب ذلك فإن المهندسين يفضلون استخدام السبائك بدلاً من الفلزات النقية ، وذلك نظراً لما تتميز به السبائك من خواص .. والسبيكة كما نعلم تتكون من فلزين على الأقل .

 

لقد درس الكيميائيون كل أنواع التآكل .. وتوصلوا إلى آلياتها المختلفة، وأصبح بإمكانهم تحضير السبيكة المطلوبة لخدمة أغراض بعينها، وهم حين يفعلون ذلك ، فإنهم يراعون قدر هذه السبيكة على مقاومة التآكل .. ولقد تم تحضير العديد من السبائك التي لها قدرة عالية على مقاومة التآكل لفترات زمنية طويلة . 

والطريقة الثانية للحماية من التآكل تعتمد على تفاعلات كهروكيميائية .  فنحن نعمل في حياتنا اليومية مع العديد من الأدوات المغلفة او المطلية بالقصدير .  ويتم تغليف الحديد بطبقة رقيقة من الزنك أو القصدير لحمايته من التآكل …

ومن ناحية أخرى فإن الحماية من التآكل والتقليل منه .. يعني التقليل من شدة التفاعلات الكهروكيميائية التي تشكل عملية التآكل .. ومن أجل ذلك تستخدم العديد من المركبات العضوية وغير العضوية والتي نطلق عليها اسم مانعات التآكل .

 

لم يعد البحث عن مانعات التآكل فناً … أو محض صدفة ولكنه علم محدد له أصوله وقواعده .  وهناك المئات من هذه المواد اصبح معروفاً الآن ويستخدم في الظروف المختلفة .  وتقوم هذه المواد بتغليف سطح الفلز فتعزله بذلك عن البيئة المحيطة وتحميه من تأثيرها .

إن مانع التآكل .. هو "الفيتامين" الذي نعطيه للفلز لتزيد من قدرته على الصمود في وجه التآكل .. وتزيد بذلك من مناعته .. وهكذا فإننا نحافظ بهذه الطريقة على "صحة" الفلز قبل أن يصاب بعدوى التآكل .. وهذا هو الواجب الأساسي "الطبيب الفلزات" .. وهو الكيميائي .

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪من خارج هذا العالم
وب بانينو Rob Banino @robertbanino صحفي مستقل يعمل في بريستول
الحياة على المريخ أعالي البحار، الجزيرة الكبيرة، هاواي، الولايات المتحدة الأمريكية
بذلة الفضاء ليست أول ما يخطر في ذهن أي شخص يزور هاواي. هذا إلا إذا كان سيقضي ثمانية أشهر في موئل هاواي لاستكشاف الفضاء بالتناظر والمحاكاة Hawaii Space Exploration Analog and Simulation اختصاراً: الموئل HI-SEAS على بركان ماونا لوا. ويتيح الموئل HI-SEAS للباحثين دراسة كيفية تعامل الناس مع ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪تكسي طائر من هيونداي وأوبر S-A1 AIR TAXI
ل هذا طائر؟ أم هي طائرة؟ لا، إنها مركبة جوية شخصية Personal Air Vehicle. طوّرت S-A1 شركةُ هيونداي Hyundai، وهي مصممة للإقلاع عموديّاً ثم التبديل إلى الوضع الأفقي أثناء الطيران، قبل الهبوط عموديّاً من جديد. وقد تحمل المركبة التي عُرضت كمفهوم في المعرض CES أربعة ركاب إضافة إلى طيار، مع سرعة ملاحة تصل إلى 290 كم/ساعة وتحلق على ارتفاعات من 300 إلى 600 متر. هل هي آمنة؟ زودتها هيونداي بمراوح زائدة عن الحاجة «للتأكد من أن أي عطل في المحرك لن يحطم ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪الروبوتات المختصة بالخدمة
كزت الابتكارات على امتداد فترة طويلة على جعلنا أكثر ارتباطاً ببعضنا بعضاً. وها نحن في الوقت الحالي، صرنا أكثر ارتباطاً بأشيائنا. ولم تعد الأدوات المنزلية مجرد أدوات ذكية، بل صارت قابلة للتكيف ومتنقلة، وحتى أنّ البعض منها لديه ما يمكن أن تسمّيه بالشخصية.
لنأخذ، على سبيل المثال، بالي Ballie من شركة سامسونغ. إنه مفهوم جديد للمساعد الشخصي الشبيه بالكرة والذي كشفت عنه الشركة في المعرض CES. وتصف الشركة بالي بأنه مساعد يتلقى الطلبات عبر الصوت ... (قراءة المقال)