Sólin Sólin Rís 03:40 • sest 23:12 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 00:00 • Síðdegis: 00:00 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:00 • Síðdegis: 00:00 í Reykjavík

Hvað er spennuröð málma og hvernig tengist hún tæringu?

Emelía Eiríksdóttir

Hér er einnig svarað spurningunum:
  • Er að velta fyrir mér hvort það sé rétt sem mér hefur verið sagt að járn og ál passi illa saman, þ.e að það verði tæring á milli þeirra.
  • Hvernig tengist rafspenna tæringu, og hvaða efni er hægt að nota til að berjast gegn tæringu? Fæ ekki útskýringu neins staðar á veraldarvefnum.
  • Hvað er tæring í lofti? Og spennuröð málma? Hvaða efni er hægt að nota gegn tæringu? Og hvernig tengist rafspenna þessu?

Sumir málmar geta ekki verið í snertingu hvor við annan vegna þess að annar þeirra tærist með tímanum. Þetta er nefnt galvanísk tæring. Yfirborð málmsins eyðist þá upp og verður hrjúft. Stundum sést eyðingin bara í smásjá en ef hún er töluverð getur hún sést með berum augum. Tæringin getur jafnvel orðið það mikil að gat kemur á málminn.

Eftirfarandi fimm atriði eru forsenda þess að galvanísk tæring geti átt sér stað:
  1. Anóða (e. anode). Málmurinn sem tærist gefur frá sér rafeindir (hann oxast) og kallast hann forskaut/anóða (táknað með mínus, -).
  2. Katóða (e. catode). Hinn málmurinn tekur við rafeindum (hann afoxast) og kallast hann bakskaut/katóða (táknað með plús, +).
  3. Raflausn (e. electrolyte). Málmarnir þurfa að vera í raflausn (e. electrolyte), það er einhverri lausn sem leiðir rafmagn. Við tæringuna leysist nefnilega annar málmurinn (anóðan) upp og losar frá sér málmjónir og rafeindir. Raflausnin sér um að bera rafeindirnar til hins málmsins (katóðunnar). Dæmi um raflausn er vatn/raki. Enn betri raflausnir eru vatnslausnir sem innihalda sölt/jónir.
  4. Einhver tenging milli málmanna. Málmarnir geta snerst eða milli þeirra getur legið rafleiðandi vír.
  5. Spennumunur á málmunum, það er að segja mismunur á staðalspennu málmanna þegar annar málmurinn oxast og hinn afoxast. Því meiri sem munurinn er þeim mun meiri tilhneigingu hefur annar málmurinn til að gefa frá sér rafeindir og tærast.

Málmar hafa svokallaða staðalspennu (e. standard potential, einnig kallað eiginspenna) en það er sú spenna sem verður til við oxun/afoxun málmanna. Staðalspenna málma er mismunandi eftir gerð málmanna og er háð raflausninni sem þeir eru í. Hitastig og sýrustig hafa einnig áhrif á staðalspennuna.

Sumir málmar geta ekki verið í snertingu hvor við annan vegna þess að annar þeirra tærist þá með tímanum.

Í töflu 1 getur að líta staðalspennu nokkurra málma í vatnslausn og sjó og hálfhvörfin sem eiga sér stað við afoxun þeirra. Málmunum í töflunni er raðað eftir spennuröð þar sem málmarnir með hæstu staðalspennuna eru neðstir. Þessir málmar hafa minnstu tilhneiginguna til að tærast, þeir hafa nefnilega mjög litla tilhneigingu til að gefa frá sér rafeindir. Málmarnir með mestu tilhneiginguna til að tærast eru efstir í töflunni, þessir málmar hafa nefnilega mestu tilhneiginguna til að gefa frá sér rafeindir. Það er því málmurinn sem er ofar í töflunni sem tærist ef upp kemur tæringarvandamál þegar tveir málmar snertast.

Í tilviki áls og járns í vatni er spennumunurinn 2,11 V, sem gefur til kynna að ál geti tærst ef það er í snertingu við járn. Það er engu að síður óvíst að tæring eigi sér stað þar sem hreint vatn er ekki góð raflausn. Ef tæringin á sér stað myndu hálfhvörfin verða:

$$Al_{(s)} \to Al^{3+}+ 3e^{-} \qquad Staðalspenna = 1,677 V$$

$$Fe^{2+}+ 2e^{-} \to Fe_{(s)} \qquad Staðalspenna = -0,44 V$$

Og heildarhvarfið yrði:

$$2Al_{(s)}+3Fe^{2+}\to 2Al^{3+}+ 3Fe_{(s)} \qquad Spennumunur = 2,11 V$$

Tafla 1. Staðalspenna nokkurra málma í vatnslausn og sjó.

MálmurHálfhvörf málmaStaðalspenna í vatni (V)Staðalspenna í sjó (V)
litín
Li++ e- → Li(s)
-3,040
-
kalín
K+ + e- → K(s)
-2,936
-
kalsín
Ca2++ 2e- → Ca(s)
-2,868
-
natrín
Na++ e- → Na(s)
-2,714
-
magnesín
Mg2++ 2e- → Mg(s)
-2,360
-1,63 til -1,60
ál
Al3+ + 3e- → Al(s)
-1,677
-0,90 til -0,70
(ál-málmblendi)
títan
Ti2+ + 2e- → Ti(s)
-1,60
-
sink
Zn2+ + 2e- → Zn(s)
-0,762
-1,03 til -0,98
króm (Cr3+)
Cr3+ + 3e- → Cr(s)
-0,74
-
járn (Fe2+)
Fe2++ 2e- → Fe(s)
-0,44
-
messing (látún)
inniheldur kopar og sink
-
-0,40 til -0,30
kóbalt
Co2++ 2e- → Co(s)
-0.282
-
nikkel
Ni2+ + 2e- → Ni(s)
-0,236
-
ryðfrítt stál (400 „series“)
inniheldur aðallega járn en einnig sink
-
-0,35 til -0,20
tin
Sn2++ 2e- → Sn(s)
-0,141
-
blý
Pb2++ 2e- → Pb(s)
-0,126
-0,25 til -0,19
vetni
2H++2e- → H2(g)
0
0
kopar
Cu2++ 2e- → Cu(s)
0,339
-0,36 til -0,28
silfur
Ag++ e- → Ag(s)
0,799
-0,14 til -0,09
palladín
Pd2++ 2e- → Pd(s)
0,915
-
platína
Pt2++ 2e- → Pt(s)
1,18
0,18 til 0,25
gull
Au++ e- → Au(s)
1,69
-

Þrátt fyrir að vetni sé ekki málmur er það oft haft með í töflum yfir spennuröð málma því staðalspenna málmanna miðast við hálfhvarf vetnis, sem er þá skilgreint með staðalspennuna 0 V.

Með því að smella hér (eða opna vefsíðuna Electrochemical Potentials - RF Cafe) má sjá töflu sem sýnir spennumuninn á nokkrum málmum í vatni sem inniheldur 2% salt. Samkvæmt töflunni eru góðar líkur á að ál (e. aluminium) tærist sé það í snertingu við ryðfrítt stál (e. stainless steel, inniheldur að megninu til járn en einnig nokkur prósent kolefni og króm) því spennumunurinn á hálfhvörfunum er 0,84 V (=840 mV) og málmarnir eru í góðri raflausn. Á yfirborði áls er vanalega þunnt lag af áloxíði (Al2O3) sem ver það að einhverju leyti fyrir tæringu. Ryðfrítt stál er einnig vanalega með þunnt lag af krómoxíð-filmu sem ver það. Ein leið til að minnka líkurnar á tæringu eða jafnvel koma í veg fyrir hana er þess vegna að húða eða mála ryðfría stálið og álið.

Heimildir og mynd:

Höfundur

Emelía Eiríksdóttir

efnafræðingur og starfsmaður Vísindavefsins

Útgáfudagur

27.3.2023

Spyrjandi

Sigurður Freyr Kristinssson, Andrés Ævar Grétarsson, Þorsteinn Valdimarsson

Tilvísun

Emelía Eiríksdóttir. „Hvað er spennuröð málma og hvernig tengist hún tæringu?“ Vísindavefurinn, 27. mars 2023. Sótt 25. maí 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=12252.

Emelía Eiríksdóttir. (2023, 27. mars). Hvað er spennuröð málma og hvernig tengist hún tæringu? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=12252

Emelía Eiríksdóttir. „Hvað er spennuröð málma og hvernig tengist hún tæringu?“ Vísindavefurinn. 27. mar. 2023. Vefsíða. 25. maí. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=12252>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað er spennuröð málma og hvernig tengist hún tæringu?
Hér er einnig svarað spurningunum:

  • Er að velta fyrir mér hvort það sé rétt sem mér hefur verið sagt að járn og ál passi illa saman, þ.e að það verði tæring á milli þeirra.
  • Hvernig tengist rafspenna tæringu, og hvaða efni er hægt að nota til að berjast gegn tæringu? Fæ ekki útskýringu neins staðar á veraldarvefnum.
  • Hvað er tæring í lofti? Og spennuröð málma? Hvaða efni er hægt að nota gegn tæringu? Og hvernig tengist rafspenna þessu?

Sumir málmar geta ekki verið í snertingu hvor við annan vegna þess að annar þeirra tærist með tímanum. Þetta er nefnt galvanísk tæring. Yfirborð málmsins eyðist þá upp og verður hrjúft. Stundum sést eyðingin bara í smásjá en ef hún er töluverð getur hún sést með berum augum. Tæringin getur jafnvel orðið það mikil að gat kemur á málminn.

Eftirfarandi fimm atriði eru forsenda þess að galvanísk tæring geti átt sér stað:
  1. Anóða (e. anode). Málmurinn sem tærist gefur frá sér rafeindir (hann oxast) og kallast hann forskaut/anóða (táknað með mínus, -).
  2. Katóða (e. catode). Hinn málmurinn tekur við rafeindum (hann afoxast) og kallast hann bakskaut/katóða (táknað með plús, +).
  3. Raflausn (e. electrolyte). Málmarnir þurfa að vera í raflausn (e. electrolyte), það er einhverri lausn sem leiðir rafmagn. Við tæringuna leysist nefnilega annar málmurinn (anóðan) upp og losar frá sér málmjónir og rafeindir. Raflausnin sér um að bera rafeindirnar til hins málmsins (katóðunnar). Dæmi um raflausn er vatn/raki. Enn betri raflausnir eru vatnslausnir sem innihalda sölt/jónir.
  4. Einhver tenging milli málmanna. Málmarnir geta snerst eða milli þeirra getur legið rafleiðandi vír.
  5. Spennumunur á málmunum, það er að segja mismunur á staðalspennu málmanna þegar annar málmurinn oxast og hinn afoxast. Því meiri sem munurinn er þeim mun meiri tilhneigingu hefur annar málmurinn til að gefa frá sér rafeindir og tærast.

Málmar hafa svokallaða staðalspennu (e. standard potential, einnig kallað eiginspenna) en það er sú spenna sem verður til við oxun/afoxun málmanna. Staðalspenna málma er mismunandi eftir gerð málmanna og er háð raflausninni sem þeir eru í. Hitastig og sýrustig hafa einnig áhrif á staðalspennuna.

Sumir málmar geta ekki verið í snertingu hvor við annan vegna þess að annar þeirra tærist þá með tímanum.

Í töflu 1 getur að líta staðalspennu nokkurra málma í vatnslausn og sjó og hálfhvörfin sem eiga sér stað við afoxun þeirra. Málmunum í töflunni er raðað eftir spennuröð þar sem málmarnir með hæstu staðalspennuna eru neðstir. Þessir málmar hafa minnstu tilhneiginguna til að tærast, þeir hafa nefnilega mjög litla tilhneigingu til að gefa frá sér rafeindir. Málmarnir með mestu tilhneiginguna til að tærast eru efstir í töflunni, þessir málmar hafa nefnilega mestu tilhneiginguna til að gefa frá sér rafeindir. Það er því málmurinn sem er ofar í töflunni sem tærist ef upp kemur tæringarvandamál þegar tveir málmar snertast.

Í tilviki áls og járns í vatni er spennumunurinn 2,11 V, sem gefur til kynna að ál geti tærst ef það er í snertingu við járn. Það er engu að síður óvíst að tæring eigi sér stað þar sem hreint vatn er ekki góð raflausn. Ef tæringin á sér stað myndu hálfhvörfin verða:

$$Al_{(s)} \to Al^{3+}+ 3e^{-} \qquad Staðalspenna = 1,677 V$$

$$Fe^{2+}+ 2e^{-} \to Fe_{(s)} \qquad Staðalspenna = -0,44 V$$

Og heildarhvarfið yrði:

$$2Al_{(s)}+3Fe^{2+}\to 2Al^{3+}+ 3Fe_{(s)} \qquad Spennumunur = 2,11 V$$

Tafla 1. Staðalspenna nokkurra málma í vatnslausn og sjó.

MálmurHálfhvörf málmaStaðalspenna í vatni (V)Staðalspenna í sjó (V)
litín
Li++ e- → Li(s)
-3,040
-
kalín
K+ + e- → K(s)
-2,936
-
kalsín
Ca2++ 2e- → Ca(s)
-2,868
-
natrín
Na++ e- → Na(s)
-2,714
-
magnesín
Mg2++ 2e- → Mg(s)
-2,360
-1,63 til -1,60
ál
Al3+ + 3e- → Al(s)
-1,677
-0,90 til -0,70
(ál-málmblendi)
títan
Ti2+ + 2e- → Ti(s)
-1,60
-
sink
Zn2+ + 2e- → Zn(s)
-0,762
-1,03 til -0,98
króm (Cr3+)
Cr3+ + 3e- → Cr(s)
-0,74
-
járn (Fe2+)
Fe2++ 2e- → Fe(s)
-0,44
-
messing (látún)
inniheldur kopar og sink
-
-0,40 til -0,30
kóbalt
Co2++ 2e- → Co(s)
-0.282
-
nikkel
Ni2+ + 2e- → Ni(s)
-0,236
-
ryðfrítt stál (400 „series“)
inniheldur aðallega járn en einnig sink
-
-0,35 til -0,20
tin
Sn2++ 2e- → Sn(s)
-0,141
-
blý
Pb2++ 2e- → Pb(s)
-0,126
-0,25 til -0,19
vetni
2H++2e- → H2(g)
0
0
kopar
Cu2++ 2e- → Cu(s)
0,339
-0,36 til -0,28
silfur
Ag++ e- → Ag(s)
0,799
-0,14 til -0,09
palladín
Pd2++ 2e- → Pd(s)
0,915
-
platína
Pt2++ 2e- → Pt(s)
1,18
0,18 til 0,25
gull
Au++ e- → Au(s)
1,69
-

Þrátt fyrir að vetni sé ekki málmur er það oft haft með í töflum yfir spennuröð málma því staðalspenna málmanna miðast við hálfhvarf vetnis, sem er þá skilgreint með staðalspennuna 0 V.

Með því að smella hér (eða opna vefsíðuna Electrochemical Potentials - RF Cafe) má sjá töflu sem sýnir spennumuninn á nokkrum málmum í vatni sem inniheldur 2% salt. Samkvæmt töflunni eru góðar líkur á að ál (e. aluminium) tærist sé það í snertingu við ryðfrítt stál (e. stainless steel, inniheldur að megninu til járn en einnig nokkur prósent kolefni og króm) því spennumunurinn á hálfhvörfunum er 0,84 V (=840 mV) og málmarnir eru í góðri raflausn. Á yfirborði áls er vanalega þunnt lag af áloxíði (Al2O3) sem ver það að einhverju leyti fyrir tæringu. Ryðfrítt stál er einnig vanalega með þunnt lag af krómoxíð-filmu sem ver það. Ein leið til að minnka líkurnar á tæringu eða jafnvel koma í veg fyrir hana er þess vegna að húða eða mála ryðfría stálið og álið.

Heimildir og mynd:...