Pas sadece çürütmüyor: Geleceğin pilleri bu reaksiyonla çalışabilir
Pas, demirin can düşmanıdır ve dünyanın her yerinde somunların, cıvataların ve bisiklet zincirlerinin yok edicisidir. Demir içeren herhangi bir metal sadece bir miktar su ile yavaşça aşınabilir ve zayıflayarak kırılgan ve turuncu bir hale dönüşür. Yüzeydeki pas, basitçe demir oksit oluşumudur. Demir ve oksijenin birbirine bağlandığı bir oksidasyon reaksiyonuyla oluşur. Ancak bu reaksiyonun gerçekleşmesi için biraz su yardımına ihtiyaç vardır. Su ve atmosferik karbondioksit birleştiğinde, çok zayıf bir karbonik asit oluştururlar. Karbonik asit demir metalin üzerine geldiğinde onu çözmeye başlar ve demir atomları asitteki oksijen atomlarıyla bağ kurarak pas oluşturur.
Pas oluşumunu önlemenin en iyi yolu demiri her türlü nemden uzak tutmak ve demir ile oksijenin birbirini bulmasını engellemektir. Ancak, boru hatları ve gemi gövdeleri gibi şeyler için kuru kalmak mümkün değil. Bunun yerine, pasın etkileriyle mücadele etmek için genellikle katodik koruma adı verilen bir anti-korozif yöntem kullanılır. Pas oluşumu sırasında elektronlar metalin etrafında hareket eder ve anot (pozitif yüklü) ve katot (negatif yüklü) olarak adlandırılan iki elektrik yüklü nokta oluşturur. Korozyon metalin anot tarafında meydana gelir. Demirin anot bölgesinde korozyona uğramasını durdurmanın bir yolu çinko gibi bir harcanabilecek bir metal kullanmaktır. Çinko sahte anot, katot olan demirden daha reaktiftir ve pas ya da korozyondan arındırılmıştır. Demir gövdeli gemilerde, katodik korumanın bir biçimi olarak metalden elektrik akımı da geçirilebilir. Elektrik akımı elektronların anot ve katot arasındaki hareketini keserek pas oluşumunu önler.
Biliyor muydunuz? Yerkabuğunun %5'i demirdir.
PAS OLUŞUMU
Bir tutam su ve bir tutam oksijen demir metalini nasıl demir tozuna dönüştürebilir?
1 ANOT: Bu, korozyonun meydana geldiği ve demirin oksitlendiği demir yüzeyinde bulunur.
2 KATOT: Suyun karbondioksit yardımıyla asidik hale geldiği bölgede bir katot oluşur.
3 MARUZİYET: Demir pul pul dökülürken, oksijen ve su arasındaki reaksiyona sürekli olarak yeni bir metal yüzeyi maruz bırakır.
4 ELEKTRONLAR: Elektronlar, elektriksel olarak iletken demir metal aracılığıyla anot bölgesinden katot bölgesine hareket eder.
5 ELEMENTLERİN BİRLEŞMESİ: Elektronlarını kaybeden demir iyonları suya salınır ve burada oksijenle bağlanır.
6 PAS OLUŞUMU: Yeni oluşan demir oksit, metalin yüzeyine pas kümeleri olarak yerleşir.
ESKİ SORUN, YENİ GÜÇ
Pas sadece bir yıkım aracı değil, aynı zamanda enerji depolamanın yeni bir yolu olabilir. Akıllı telefonlardan elektrikli araçlara kadar, pillerin çoğu lityum iyonları kullanılarak çalıştırılıyor. Ancak lityum sınırlı bir kaynak ve bu madene talep artmaya devam ediyor. Gezegende en bol bulunan dördüncü element olan demir, lityumdaki azalmayı çözmek için potansiyel bir alternatif olabilir. İlk olarak 1960'larda NASA tarafından geliştirilen demirhava pilleri, lityum-iyon pillere bir alternatif olabilir. Bu piller, pas oluşurken ve tekrar demir ve oksijene dönüşürken açığa çıkan enerjiyi kullanarak çalışır.
Akü içinde, su bazlı bir elektrolit ile ayrılmış bir demir elektrot ve bir hava elektrotu bulunur. Şarj sırasında, bataryadaki paslanmış demir topakları tekrar demir ve oksijene dönüştürülerek elektrotlara yönlendirilir. Akü enerjiyi boşalttığında, oksijen su elektrolitiyle reaksiyona girerek geçirgen bir zarı aşarak demir atomlarıyla reaksiyona girer, böylece elektron akışı yani elektrik akımı oluşur.
PASLANMAZ ÇELİĞİN SIRRI
Demir paslanabilen tek metaldir. Alaşımı olan çelik bile oksidasyona ve pas oluşumuna karşı savunmasızdır. Ancak paslanmaz çelik korozyonu engellemek ve pas oluşumunu önlemek için üretilmiştir. Çelik alaşımının aksine, paslanmaz çelik yaklaşık %10,5 oranında kromdan oluşur. Krom oksijenle reaksiyona girerek metalin tüm yüzeyi boyunca koruyucu bir krom oksit tabakası oluşturur. Sadece nanometre kalınlığındaki bu tabaka, diğer maddelerin veya atmosferik oksijenin tabakadan sızmasını ve metalle reaksiyona girmesini engeller.
SCOTT DUTFIELD
