زنگ آهن

چکیده
در نوشتار قبل درباره تغییرات فیزیکی و شیمیایی مواد توضیح دادیم. حال می خواهیم درباره تغییر عنصر آهن بدانیم. زنگ آهن که نام علمی آن اکسید آهن است  زمانی به وجود می آید که یک قطعه آهن یا شی آهنی را در مجاورت رطوبت قرار دهیم. این تغییر در آهن یک تغییر شیمیایی است.

اهداف
دانش آموز با مفهوم زنگ آهن و اکسید آهن آشنا شود.
شرایطی که باعث زنگ زدن آهن می شود را کشف کند.

شرح درس
همان طور که می دانید آهن یک عنصر است. اگر یک وسیله ی آهنی را در هوای مرطوب یا در مجاورت آب قرار دهید دچار زنگ زدگی می شود. به علت وجود اکسیزن در هوا زنگ زدگی اتفاق می افتد که به آن زنگ آهن می گویند. نام علمی این ماده اکسید آهن است. آهن در اثر زنگ زدگی می پوسد و مقاومتش کم می شود. تغییری که در نتیجه مجاورت با رطوبت در آهن اتفاق افتاده است، یک تغییر شیمیایی است، زیرا خواص اولیه ی آهن در نتیجه ی این زنگ زدن از بین می رود. پس به طور کلی برای زنگ زدن آهن سه ماده نیاز است، آهن، آب، اکسیژن.

خوب است بدانید که اکسید آهن یک ترکیب شیمیایی است، این ترکیب که از آهن و اکسیژن تشکیل شده است، در بسیاری از فرآیندهای طبیعی و بیولوژیکی نقش مهمی دارد و به عنوان سنگ آهن، کاتالیزور، رنگدانه و ... توسط انسان مورد استفاده گسترده ای قرار می گیرد. زنگ زدگی، نتیجه انجام واکنش های شیمیایی در آهن در حضور دو ماده آب و اکسیژن است که منجر به ایجاد اکسید قرمز رنگی در سطح آن می شود. در فرآیند زنگ زدن، الکترون ها از آهن به اکسیژن منتقل می شوند و این گونه واکنش الکتروشیمیایی آغاز می شود. اگر الکترولیت ها در کنار آب قرار بگیرند، فرآیند زنگ زدگی و خوردگی در سطح آهن با سرعت بیشتری انجام می شود، یه همین علت است که در سرمای زمستان به علت نمک پاشی در سطح جاده ها، زنگ زدگی در سطوح فلزی وسایل نقلیه ای که در راه ها تردد می کنند نیز به مراتب بیشتر است.

مشاهده کنید

کمی سیم ظرفشویی را داخل ظرفی پر از آب بیندازید . بعد از چند روز چه اتفاقی می افتد؟
اگر سیم ظرفشویی را به انتهای دماسنج ببندید و سپس آن را داخل آب بیندازید، متوجه می شوید در اثر این فرآیند دمای آن افزایش پیدا می کند. چرا که واکنش زنگ زدن آهن، واکنشی گرمازا است که به آزادشدن گرما در محیط منجر می شود.
با انجام این آزمایش متوجه می شوید که عوامل محیطی نقش بسیار مهمی در سرعت انجام واکنش های شیمیایی دارد. به طوری که گاهی برخی از واکنش ها که انجام آن ها در شرایط طبیعی، مدت زمان زیادی به طول می انجامد، در حضور بعضی از مواد که نقش کاتالیزور را دارند تسریع می شود. بنابراین سرعت انجام این واکنش ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

آهن چگونه و تحت چه شرایطی زنگ می زند؟
گفتیم که وقتی آهن زنگ می زند که با آب و اکسیژن تماس پیدا می کند، وجود محلول های الکترولیت سرعت زنگ زدن آهن را افزایش می دهند. زمانی که فلزی دچار خوردگی می شود، این الکترولیت است به تولید اکسیژن در آن کمک می کند. سپس اکسیژن با فلز ترکیب می شود و الکترون آزاد می کند.

آیا می دانید که چرا بعضی از فلزات زنگ می زنند و بعضی دیگر زنگ نمی زنند؟اگر به ماشینی که تصادف کرده و رنگ بدنه ی آن از بین رفته است توجه کنید، خواهید دید که هوا باعث می شود آهنی که در زیر رنگ بوده زنگ بزند. در واقع آهن خیلی زود زنگ می زند. ولی نوعی آهن نیز وجود دارد که زنگ نمی زند. اختراع این نوع آهن که به آن فولاد زنگ نزن می گویند، امری بسیار مهم بود که به تولیدات بسیاری انجامید و منجر به رشد صنعت شد، جنس بیشتر دیگ ها، قابلمه ها، کتری، ماهیتابه، قاشق و چنال و سینک ظرفشویی از آهن زنگ نزن است.

حال می توانید به پرسش های زیر پاسخ دهید:
چه عواملی در زنگ زدن آهن موثر هسند؟
چرا زنگ زدن آهن یک تغییر شیمیایی است؟
اکسید آهن چیست؟

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: نسیم گوهری
تنظیم: علی سرمدی