Gỉ sét, nguyên nhân và cách chống gỉ sét

​G​ỉ sét là gì

​G​ỉ sét là sắt bị oxy hóa. ​G​ỉ sét được hình thành do sắt kết hợp với oxy khi có mặt nước hoặc không khí ẩm. Trên bề mặt sắt thép bị gỉ hình thành những lớp vảy rất dễ vỡ, thường có màu nâu, nâu đỏ hoặc đỏ. Lớp gỉ này không có tác dụng bảo vệ sắt ở phía trong. Nếu có đủ thời gian, oxy và nước, bất kỳ khối sắt nào cũng sẽ bị gỉ hoàn toàn và phân hủy.

Nguyên nhân gỉ sét

Khi sắt hay hợp kim của sắt (như thép…) tiếp xúc với oxy và độ ẩm trong một khoảng thời gian dài, tạo thành một hợp chất mới gọi là oxít sắt hay còn gọi là ​g​ỉ sắt. Chất xúc tác chính cho quá trình ​g​ỉ là nước. Cấu trúc sắt hoặc thép có vẻ chắc chắn, nhưng các phân tử nước có thể xâm nhập vào các lỗ nhỏ và vết nứt trong bất kỳ kim loại nào kể cả sắt, sự kết hợp của nguyên tử hidro có trong nước với các nguyên tố khác để hình thành axít, ăn mòn sắt, làm cho sắt bị phơi ra nhiều hơn. Nếu trong môi trường nước biển, sự ăn mòn có thể xảy ra nhanh hơn. Trong khi đó các nguyên tử oxy kết hợp với các nguyên tử sắt để hình thành oxít sắt hay ​g​ỉ sắt, chúng làm yếu sắt và làm cho cấu trúc của sắt trở nên giòn và xốp.

Phản ứng liên quan

Phản ứng oxi hoá sau đây cũng xảy ra khi có nước và rất quan trọng cho sự hình thành của ​g​ỉ sét:

Fe → Fe2+ + 2e-

4Fe2+ + O2 → 4Fe3+ + 2O2-

Ngoài ra, các phản ứng axit bazơ sau đây cũng ảnh hưởng đến quá trình hình thành ​g​ỉ:

Fe2+ + 2H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2H+

Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+

Theo sau đó là sự cân bằng mất nước:

Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O

Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O

2FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O

Từ các phương trình trên, ta thấy sắt kết hợp với oxy và nước (ở môi trường) bị biến thành các oxít sắt, làm hư kết cấu sắt ban đầu.

Cách chống ​g​ỉ sét

Sắt rất quan trọng trong đời sống và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhất là xây dựng​ dân dụng: Lan can, cầu thang, cửa cổng, hàng rào,..​. Do đó việc ngăn ngừa hoặc làm chậm đi quá trình ​g​ỉ sắt rất là quan trọng. Có một số phương pháp sau để phòng ngừa hoặc làm chậm quá quá trình ​gỉ sắt:

- Sử dụng các hợp kim chống ​g​ỉ: thường là sắt pha crom oxít, tốc độ ​g​ỉ của hợp kim này chậm hơn bình thường. Tuy nhiên trong thiết kế sử dụng vật liệu này phải bao gồm các biện pháp bảo vệ để tránh phơi nhiễm hợp kim ra ngoài vì vật liệu vẫn tiếp tục ​g​ỉ từ từ.

- Mạ: sắt thép được bảo vệ bởi lớp kim loại bằng cách mạ thường hoặc mạ điện. Kẽm thường được sử dụng vì nó rẻ tiền, dính chặt vào thép. Quá trình ăn mòn sẽ bắt đầu trên lớp kẽm trước thay vì lớp sắt thép được bảo vệ bên dưới, do đó việc mạ chỉ bảo vệ sắt thép trong một khoảng thời gian giới hạn. Nhôm và cadimi cũng được sử dụng trong việc mạ bảo vệ sắt thép.

- Kiểm soát độ ẩm: ​g​ỉ sắt có thể tránh được bằng cách kiểm soát độ ẩm trong khí quyển. Việc này chỉ áp dụng trong việcvận chuyển các thiết bị bằng đường biển bằng các gói silica gel.

- Sơn phủ: sắt thép có thể được bảo vệ bằng các chất phủ như sơn. Các chất phủ này thường được trộn với các chất ức chế ​g​ỉ sắt. Tuy nhiên vẫn có thể xảy ra sự ​g​ỉ sắt từ bên trong bê tông. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi khi cần bảo vệ sắt thép ở các công trình, ​Cổng sắt, lan can cầu thang sắt, hàng rào sắt,.. và ​tàu thép, ô tô hoặc các thiết bị khác.

- Sử dụng chất tẩy và chống ​gỉ​ hóa học: Hóa chất chống gỉ kim loại là một giải pháp tối ưu nhất để kim loại không bị gỉ sét tấn công,