Fe + 2H+ = Fe2+ + H2
Такая реакция похожа на реакцию железа с кислотами, но, конечно, кислоты, диссоциируя в растворах, дают значительно больше ионов водорода, поэтому химическая коррозия идет гораздо быстрее.
Как и в случае других химических реакций, коррозия будет идти быстрее, если образовавшиеся продукты реакции связывать какими-либо способами. Понятно, что углекислый газ, связывая ионы железа, способствует коррозии:
Fe2+ + CO2 + H2O = FeCO3 + 2H+
Такую же роль играет и кислород воздуха, который, связывая выделяющийся при коррозии водород, способствует ей. Кроме того, кислород, снимая водород, защищающий поверхность железа (деполяризация), таким путем также ускоряет коррозию. Наконец, кислород окисляет двухвалентное железо до трехвалентного. Общий результат процессов, протекающих при влажной коррозии, можно выразить уравнением:
4Fe + 2H2O + 3O2 = 2(Fe2O3·H2O).
Таким образом, ржавчина представляет собой водную окись железа.
Почему же химически чистое железо гораздо устойчивее к коррозии, чем обычный технический металл? Это станет понятно, если мы будем рассматривать коррозию как процесс электрохимический.
Вспомним, что при контакте двух металлов, отличающихся между собой по легкости отдачи валентных электронов, то есть по активности, возникает разность потенциалов, причем менее активный металл становится электроотрицательным, а более активный — электроположительным. Если в воде есть хотя бы небольшое количество электролитов, в ней образуется гальванический элемент: водород выделяется на менее активном металле, а более активный металл разрушается. Чистые же металлы не образуют гальванических микроэлементов, поэтому они и устойчивее.
Однако гальванический микроэлемент образуют не только два металла. Так, при ржавлении обычной углеродистой стали образуется гальванический микроэлемент, в котором железо служит катодом и потому разрушается, а роль анода выполняет карбид железа — цементит. Гальванический микроэлемент может образоваться и в том случае, если на поверхности металла есть загрязнения: пыль, кусочки угля и т. п.
Известно, что для защиты железа от коррозии изделие покрывают цинком (цинкуют) или оловом (лудят). При нарушении защитного слоя (царапины, трещины и т. п.) процессы коррозии идут по-разному. В первом случае разрушается цинк — ведь он более активен, чем железо, а во втором — железо, так как олово менее активный металл.
По той же причине при нарушении никелевых покрытий разрушается также железо, а менее активный никель сохраняется. В этом отношении красивые никелированные изделия-«аристократы» явно проигрывают перед обычными, совсем не блестящими оцинкованными ведрами…
Поскольку для образования гальванического микроэлемента нужен раствор электролита, то особенно интенсивно идет коррозия в соленой морской воде, ведь в ней растворено много солей. Но даже в относительно чистую дождевую воду из запыленного воздуха попадает достаточно веществ, чтобы обеспечить образование гальванической пары, а значит, и коррозии.
Процессы коррозии, с которыми мы лишь коротко познакомились, чрезвычайно сложны. Поэтому, несмотря на усилия большого числа ученых, многое в ней еще не выяснено, и существующие теоретические положения нередко являются спорными. Но наука непрерывно развивается, с каждым днем накапливаются все новые и новые данные, которые позволяют все правильнее и точнее представить себе процессы, происходящие при коррозии, и научиться управлять ими.
Каковы же средства защиты от коррозии? Прежде всего нужно стремиться к получению однородной поверхности. Полированные поверхности подвержены коррозии в минимальной степени, ведь на них мало механических неоднородностей, способствующих неравномерному окислению и образованию гальванических микроэлементов. По той же причине следует очищать изделия от пыли.
Там, где это возможно, нужно предохранять металл от попадания на него влаги. Простейший способ такой защиты — смазка железных предметов маслами, слой которых не пропускает к поверхности влагу и кислород. Часто изделия из железа красят, или лакируют, или, как мы уже говорили, лудят, цинкуют, никелируют.
Мы уже знакомы и с хромированием стали. Устойчивость хромированных изделий против коррозии объясняется тем, что хром очень быстро покрывается на воздухе тончайшим слоем плотной и однородной окиси Cr2O3, которая не пропускает к металлу влагу и кислород и потому надежно пассивирует его.