Gỉ sét là gì? Gỉ sét là một hiện tượng xảy ra khi để sắt thép lâu ngày ngoài không khí, hoặc trong nước. Khi gỉ sét, ta thấy một lớp gỉ màu đỏ đóng bên ngoài sắt thép. Ví dụ như cây đinh gỉ sét.
Ở góc nhìn khác, gỉ sét chính là hiện tượng ăn mòn, phá hủy.
Đinh bị gỉ sét nặng nề sẽ dễ bị gãy đôi và không sử dụng được nữa. Cánh cổng sắt bị gỉ sét lâu ngày sẽ xuất hiện nhiều vết nứt và dễ rơi rụng.
Do đó, gỉ sét vốn không có lợi cho con người. Cần phải phòng tránh để bảo vệ đồ dùng, nhà cửa, công trình. Để tìm giải pháp phòng tránh, ta cần hiểu rõ bản chất của gỉ sét trước tiên.
Gỉ sét là gì? Tại sao sắt, thép để lâu trong không khí thường bị gỉ sét?
Gỉ sét là chất rỉ sắt được tạo thành khi sắt phản ứng với oxy trong không khí và nước. Trong quá trình oxy hóa, sắt sẽ bị mất đi electron và tạo thành ion sắt (Fe2+ hoặc Fe3+), sau đó sẽ kết hợp với các ion oxy và hydroxyl (OH-) để tạo thành các hợp chất rỉ sắt như FeO, Fe2O3, Fe(OH)3, vv.
Gỉ sét thường có màu nâu đỏ hoặc nâu đen, có cấu trúc lõm lõm và không đều. Gỉ sét là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự suy mòn và hao mòn các công trình kết cấu bằng sắt như cầu, tàu thuyền, đường ống dẫn dầu, đường ống nước, vv. Ngoài ra, gỉ sét cũng là một chất ô nhiễm môi trường, có thể gây hại cho sức khỏe nếu được hít vào phổi trong thời gian dài.
Tại sao sắt, thép để lâu trong không khí thường bị gỉ sét?
Sắt và thép là những kim loại có tính khử mạnh, tức là chúng dễ bị mất đi electron trong quá trình phản ứng hoá học. Khi sắt và thép tiếp xúc với không khí ẩm, các phân tử oxy và nước trong không khí sẽ phản ứng với sắt và thép, tạo ra các ion sắt (Fe2+ hoặc Fe3+) và ion hydroxyl (OH-).Các ion sắt sẽ kết hợp với các ion oxy và hydroxyl để tạo thành các hợp chất rỉ sắt như FeO, Fe2O3, Fe(OH)3, vv.
Các hợp chất này tạo thành một lớp mỏng trên bề mặt của sắt và thép, gọi là rỉ sét. Rỉ sét không có tính chịu lực và bảo vệ bề mặt kim loại như lớp mạ, vì vậy nó có thể gây ra sự suy mòn và hao mòn các công trình kết cấu bằng sắt và thép.
Phản ứng hóa học diễn ra trong quá trình gỉ sét
(Nếu bạn quan tâm về hóa học, bạn có thể tham khảo các phản ứng hóa học sau. Nếu nó quá khó, bạn có thể bỏ qua.)
Thực tế, gỉ sét là một chuỗi các phản ứng hóa học.
Trong môi trường bên ngoài, các chất (như sắt Fe và oxy O2) không tồn tại ở dạng nguyên chất, mà ở dạng hơi khác một chút. Cụ thể ở 2 phản ứng sau.
- O2 + 4 e− + 2 H2O → 4 OH−
- Fe → Fe2+ + 2 e−
Các phân tử oxy (O2) thường lấy thêm electron, còn các phân tử sắt (Fe) thường mất đi 2 electron.
Hai phản ứng trên là tiền đề cho các phản ứng sau. Ở dạng ion, Fe2+ tiếp tục phản ứng với oxy:
- 4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−
Đến đây, việc tạo thành gỉ sét (oxit sắt) mới thực sự diễn ra:
- Fe2+ + 2 H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+
- Fe3+ + 3 H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+
Hai phản ứng trên kéo theo các phản ứng khác:
- Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O
- Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O
- 2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O
Chính hai phản ứng cuối cùng tạo ra các lớp gỉ sét.
Lớp gỉ sét trên kim loại
Kết luận về tốc độ gỉ sét của sắt trong nhiều môi trường khác nhau
Dựa vào chuỗi phản ứng trên cùng với kinh nghiệm thực tế, mình rút ra kết luận như sau:
- Trong điều kiện ẩm ướt (trên cạn), sắt dễ gỉ sét hơn trong điều kiện khô ráo.
- Trong môi trường nước (ngâm trong nước), sắt gỉ sét nhanh hơn trên cạn.
- Trong môi trường nước muối (ví dụ biển), sắt gỉ sét nhanh hơn môi trường nước ngọt.
Gỉ sét diễn ra nhanh hơn trong môi trường biển
Các kim loại khác có bị gỉ không?
Hiện tượng gỉ sét thường chỉ nói đến sắt. Khi nói gỉ sét, thì đó là sự gỉ sét của sắt. Các kim loại còn lại rất khó gỉ sét.
Vì sắt chiếm hầu hết thành phần trong các đồ dùng, vật dụng kim loại nên vấn đề gỉ sét là vấn đề của sắt.
Mặc dù, mỗi loại kim loại sẽ có mức độ oxi hóa khác nhau, nhưng ở điều kiện bình thường, chỉ có sắt dễ bị gỉ sét, các kim loại khác như đồng, bạc, vàng, chì, kẽm, niken, crom,… sẽ khó gỉ sét hơn nhiều.
Tác hại của gỉ sét đến cuộc sống của con người
Khác sắt nguyên chất, các loại oxit sắt không có tính liên kết với nhau. Do đó, hiện tượng gỉ sét dễ dẫn đến hiện nứt gãy. Cây đinh bị gỉ sét nặng sẽ không thể sử dụng được nữa.. Tấm sắt gỉ sét lâu ngày ngoài không khí sẽ rất dễ bị bẻ gãy.
Ở cấp độ lớn hơn, gỉ sét sẽ ảnh hưởng đến kết cấu, làm suy yếu các công trình, nhà máy gây tốn kém chi phí bảo trì và sửa chữa.
Vậy chống gỉ sét như thế nào? Các phương pháp chống gỉ sét hiệu quả!
Nguyên lý cơ bản của việc chống gỉ sét là: ngăn không cho sắt tiếp xúc với nước và oxy.
Có 2 cách cơ bản: từ bên trong và từ bên ngoài.
- Ngăn gỉ sét từ bên ngoài: sơn, mạ lớp chống rỉ, quét dầu,…
- Ngăn gỉ sét từ bên trong: pha thêm crom, niken vào tạo thành hợp kim thép không gỉ.
Phương pháp ngăn gỉ sét từ bên ngoài
Sử dụng sơn, dầu mỡ chống gỉ
Có nhiều loại sơn, dầu, mỡ chuyên dùng để chống hoặc tẩy gỉ sét cho kim loại. Sơn, dầu hoặc mỡ có tác dụng ngăn nước, oxy tiếp xúc bề mặt, từ đó ngăn quá trình oxi hóa diễn ra.
Nếu kim loại được sử dụng ngoài trời, tiếp xúc gió mưa thì có thể dùng sơn. Nếu kim loại là linh kiện máy móc, phải chuyển động, ma sát với nhiều linh kiện kim loại khác thì có thể sử dụng dầu mỡ.
Mạ kim loại
Ngoài phương pháp trét, quệt, ta có thể sử dụng phương pháp mạ một lớp kim loại như kẽm, niken hoặc crom bên ngoài. Tương tự như sơn dầu mỡ, lớp kẽm, lớp mạ bên ngoài cũng có tác dụng ngăn oxi hoặc nước tiếp xúc với lớp kim loại bên trong.
Phương pháp ngăn gỉ sét từ bên trong
Sử dụng hợp kim thép không gỉ (pha thêm crom, niken trực tiếp vào trong sắt)
Thép không gỉ chính là một trong những phát minh của con người để chống lại sự gỉ sét của kim loại. Cốt lõi của thép không gỉ là thêm crom, niken trực tiếp vào trong thành phần của hợp kim.
Đầu thế kỷ 19, các nhà luyện kim đã tìm ra công thức luyện thép không gỉ. Đầu thế kỷ 20, inox 304 ra đời. Từ đó đến nay, thép không gỉ ngày càng phổ biến, nhu cầu không ngừng tăng.
Ngày nay, inox 304, inox 316 là một trong các loại inox phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất.
Có thể so sánh tương quan giữa hai phương pháp chống gỉ từ bên trong và bên ngoài qua hình ảnh sau:
Mùa đông lạnh, bạn có thể mặc thêm áo khoác để giữ ấm, hoặc cũng có thể rèn luyện, tập luyện thể dục để tăng khả năng chịu đựng của cơ thể lên.
KẾT LUẬN
Gỉ sét là việc sắt bị oxi hóa thành các loại oxit sắt. Đây chỉ là một hiện tượng tự nhiên. Tuy nhiên, gỉ sét gây hư hỏng cho các dụng cụ, vật dụng kim loại, làm giảm chất lượng công trình xây dựng, tốn kém chi phí,…
Để chống lại gỉ sét chúng ta có 2 giải pháp chính: từ bên ngoài (bằng cách, mạ hoặc quét thêm một lớp bảo vệ) và từ bên trong (sử dụng inox, thép không gỉ).
Mong là bài viết của Inox Quang Minh đã mang lại nhiều kiến thức bổ ích cho bạn. Hẹn gặp lại trong các bài sau!
