12. Sınıf Kimya · Ünite 1
Korozyonun Şifrelerini Çözmek: Paslanmayı Nasıl Durdururuz?
Korozyonun elektrokimyasal nedenlerini sorguladığımız, kurban elektrot modelini incelediğimiz ve metalleri korumak için bilimsel çözümler ürettiğimiz keşif odaklı bir ders.
Kazanım KİM.12.1.9 · 40 dk okuma
Metallerin Görünmez Düşmanı: Korozyon
Günlük hayatta demir kapıların paslandığına, gümüş kolyelerin karardığına veya bakır heykellerin yeşile döndüğüne mutlaka şahit olmuşsunuzdur. İşte metallerin çevreleriyle girdikleri elektrokimyasal tepkimeler sonucu aşınmasına korozyon diyoruz. Aslında korozyon, metallerin fabrikada zorla ayrıldıkları doğal ve kararlı oksit hallerine geri dönme çabasıdır.
Bilimsel Sorgulama: Korozyonu Hızlandıran Faktörler Nelerdir?
Bir demir çiviyi masanın üzerinde bırakırsanız hemen paslanmaz. Ancak onu nemli, tuzlu veya asidik bir ortama koyarsanız korozyon hızlanır. Bunun nedenini anlamak için korozyonun bir galvanik hücre gibi çalıştığını modellemeliyiz. Devrenin tamamlanması için iletken bir sıvıya, yani elektrolite ihtiyaç vardır.
- Oksijen ve Nem: Havada bulunan oksijenin ve suyun varlığı korozyonun başlaması için en temel iki bileşendir.
- Tuzluluk (Elektrolit): Tuzlu su, saf suya göre elektriği çok daha iyi ilettiği için iyon hareketini hızlandırır. Deniz kenarındaki arabaların çabuk çürümesinin sırrı budur.
- Metalin Aktifliği: Metalin elektron verme isteği (yükseltgenme potansiyeli) ne kadar yüksekse, korozyona uğrama ihtimali de o kadar fazladır.
Kanıtlara Dayalı Çözüm Üretme: Korozyonu Nasıl Önleriz?
Korozyonu durdurmak için metalin havayla ve suyla temasını kesmeliyiz. Bunun için boyama, yağlama veya plastik kaplama gibi fiziksel bariyerler kullanabiliriz. Ancak boya çizildiğinde korozyon yeniden başlar. Daha kalıcı bir çözüm arayışında olan bilim insanları, kimyanın kurallarını kullanarak harika bir strateji geliştirmişlerdir.
Katodik Koruma ve Kurban Elektrot Modeli
Yer altı su boruları veya dev gemi gövdeleri gibi boyamanın yetersiz kalacağı yapıları korumak için 'Katodik Koruma' yöntemi uygulanır. Bu yöntemde, korunacak olan asıl metal katot olacak şekilde bir sisteme dahil edilir. Sistemin anot kısmına ise, korunacak metalden çok daha aktif (elektron verme eğilimi daha yüksek) başka bir metal parçası bağlanır.
Örneğin, demirden yapılmış bir gemi gövdesini korumak için gövdeye magnezyum bloklar sabitlenir. Magnezyum, demirden daha aktif olduğu için elektronları o verir. Böylece demir elektron alıcı (katot) görevi görerek sapasağlam kalırken, magnezyum bloklar erir ve düzenli aralıklarla yenileriyle değiştirilir.
Korozyonun Şifrelerini Çözmek: Paslanmayı Nasıl Durdururuz?: Alıştırma Soruları
1. Günlük hayatta demirin paslanması ve gümüşün kararması gibi olaylar korozyona örnektir. Korozyon süreciyle ilgili aşağıda verilen ifadelerden hangisi bilimsel olarak yanlıştır?
- A) Metallerin çevrelerindeki oksijen veya nem ile girdikleri elektrokimyasal bir tepkimedir.
- B) Korozyona uğrayan metal elektron vererek yükseltgenme reaksiyonu gerçekleştirir.
- C) Korozyon olayının gerçekleşmesi için metalin sadece yüksek sıcaklıklara maruz kalması yeterlidir.
- D) Metalin boyanması veya yağlanması oksijenle teması keseceği için korozyonu yavaşlatır.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Korozyon olayının gerçekleşmesi için metalin sadece yüksek sıcaklıklara maruz kalması yeterlidir.
Korozyonun asıl sebebi metalin yüksek sıcaklığa maruz kalması değil, ortamdaki oksijen, nem ve elektrolitlerin metalle elektrokimyasal bir tepkimeye girmesidir. Yüksek sıcaklık tepkimeyi hızlandırabilir ancak tek başına başlatıcı ve yeterli sebep değildir.
2. Gemilerin metal gövdelerini ve yer altı borularını korozyondan korumak için yaygın olarak 'kurban elektrot' kullanılır. Bir kurban elektrotun sisteme sağladığı temel koruma mekanizması nedir?
- A) Ortamdaki oksijeni tamamen tüketerek sistemde yapay bir vakum oluşturmak.
- B) Korunacak metalden daha aktif olup onun yerine yükseltgenerek elektron kaynağı olmak.
- C) Korunacak metalden daha az aktif olup, metal yüzeyinde sert bir fiziksel bariyer oluşturmak.
- D) Tepkime ortamının sıcaklığını elektrokimyasal olarak düşürüp paslanmayı dondurmak.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Korunacak metalden daha aktif olup onun yerine yükseltgenerek elektron kaynağı olmak.
Kurban elektrot modeli, asıl metalden daha aktif (yükseltgenme potansiyeli daha yüksek) bir metalin sisteme dahil edilmesine dayanır. Bu aktif metal, asıl metalden önce yükseltgenir (kendini feda eder) ve asıl metali korozyona karşı korur.
3. Bir öğrenci, korozyona etki eden faktörleri test etmek için özdeş demir çivileri üç farklı deney tüpüne koyuyor. 1. tüpte havayı kurutan bir kimyasal (nem tutucu) bulunuyor. 2. tüpte tamamen kaynatılıp soğutulmuş saf su var ve hava ile temasını kesmek için üzerine sıvı yağ eklenmiş. 3. tüpte ise deniz suyu (tuzlu su) var ve tüpün ağzı açık. Bir ay sonra hangi tüplerde korozyonun şiddetli bir şekilde gerçekleşmesi beklenir?
- A) Yalnızca 1. tüpte
- B) Yalnızca 2. tüpte
- C) Yalnızca 3. tüpte
- D) 1. ve 2. tüpte
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Yalnızca 3. tüpte
Korozyon (paslanma) için nem ve oksijen birlikte gereklidir. 1. tüpte nem yoktur, 2. tüpte su kaynatıldığı için içindeki oksijen uzaklaştırılmış ve sıvı yağ ile hava girişi kesilmiştir. 3. tüpte ise hem su, hem havadaki oksijen hem de iletkenliği artıran tuz (elektrolit) vardır. Bu nedenle en şiddetli korozyon 3. tüpte gerçekleşir.
4. Korozyon süreci mikro düzeyde doğal bir galvanik hücre gibi çalışır. Demirin paslanması sırasında su damlasının metalle temas ettiği yüzeyde farklı kutuplar (anot ve katot) oluşur. Bu elektrokimyasal korozyon modeliyle ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
- A) Demirin çözünerek iyon haline geçtiği merkez bölge anot işlevi görür.
- B) Elektronlar, metal üzerinden iletilerek oksijence zengin olan damla kenarlarına doğru hareket eder.
- C) Oksijenin elektron alarak indirgendiği bölge katot olarak adlandırılır.
- D) Ortama tuz ilave edilmesi, suyun iyonik iletkenliğini azaltarak bu mikro hücrenin çalışmasını durdurur.
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Ortama tuz ilave edilmesi, suyun iyonik iletkenliğini azaltarak bu mikro hücrenin çalışmasını durdurur.
Ortama tuz ilave edilmesi suyun elektrolit özelliğini ve iyonik iletkenliğini azaltmaz, tam tersine artırır. İletkenliği artan sıvı, iyon geçişini kolaylaştırdığı için galvanik mikro hücrenin daha hızlı çalışmasına ve korozyonun hızlanmasına neden olur.
5. Bazı metallerin standart indirgenme potansiyelleri verilmiştir: Mg^2+/Mg: -2,37 V, Al^3+/Al: -1,66 V, Fe^2+/Fe: -0,44 V, Cu^2+/Cu: +0,34 V. Yer altından geçen demir (Fe) bir boru hattını katodik koruma yöntemiyle korozyona karşı korumak isteyen bir kimya mühendisi, kurban elektrot olarak hangi metal veya metalleri tercih etmelidir?
- A) Yalnızca Cu
- B) Yalnızca Al
- C) Mg veya Al
- D) Mg, Al veya Cu
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Mg veya Al
Katodik korumada kurban elektrot olarak kullanılacak metalin, korunacak olan metalden (Fe) daha aktif olması (yükseltgenme potansiyelinin daha yüksek olması) gerekir. İndirgenme potansiyellerinin işareti ters çevrilerek yükseltgenme potansiyelleri bulunur: Mg (+2,37 V) > Al (+1,66 V) > Fe (+0,44 V) > Cu (-0,34 V). Magnezyum ve Alüminyum demirden daha aktif oldukları için kurban elektrot olabilirler. Bakır (Cu) ise demirden pasiftir, kullanılamaz.