Коротко и по существу.
Электрохимические полуячейки (типичный морской сценарий)
- Анод (растворение железа):
$\mathrm{Fe}\to {\mathrm{Fe}}^{2+}+2e^{-}$ - Катод (в морской воде при нейтрально-щелочном pH основная реакция — восстановление кислорода):
${\mathrm{O}}_2+2H_{2}O+4e^{-}\to 4O{H}^{-}$ - Суммарная реакция:
$2Fe+{\mathrm{O}}_2+2H_{2}O\to 2F{e}^{2+}+4O{H}^{-}$ - Дальнейшие превращения и образование ржавчины:
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+2O{H}^{-}\to Fe(OH{)}_2$
$4Fe(\mathrm{OH}{)}_2+O_2+2H_{2}O\to 4Fe(OH{)}_3$ (далее дегидратация/переполимеризация в оксиды/гидроксиды Fe, FeOOH, Fe2O3, Fe3O4 и т. п.)
Роль кислорода и солёности
- Кислород — основной катодный деполяризатор: чем выше концентрация растворённого O2, тем активнее катодная реакция и выше скорость коррозии. В зонах с малым O2 может доминировать выделение водорода.
- Солёность (хлориды) действует двояко:
- Повышает электропроводность электролита (меньшее ионное сопротивление) → повышает токи коррозии.
- Ионы Cl^- разрушают тонкие пассивные оксидные плёнки, приводя к локальнай коррозии и питтингу (образование локальных анодов).
- Другие факторы: температура (рост скорости с температурой), турбулентность/обновление воды (обеспечивает доступ O2), pH, наличие биопленок и микроорганизмов (MIC — микробиально‑индуцированная коррозия).
Способы предотвращения коррозии
- Покрытия: эпоксидные, полиуретановые, лакокрасочные; барьер против контакта с электролитом. Требуют качества нанесения и обслуживания.
- Катодная защита:
- Жертвенные (сакрифицированные) аноды: например $\mathrm{Zn}\to {\mathrm{Zn}}^{2+}+2e^{-}$ или $\mathrm{Al},\mathrm{Mg}$. Они делают сталь катодом.
- Импрессированный ток (ICCP): внешний источник тока поддерживает структуру в катодном состоянии.
- Материалы и конструкция: коррозионностойкие сплавы (нержавеющие стали, дуплекс), изоляция разнородных металлов, проектирование для дренажа и минимизации застойных зон.
- Химические ингибиторы: замедляют анодные или катодные реакции (используются осторожно в морской среде).
- Управление биообрастанием и контролируемое обслуживание.
Экологические последствия продуктов коррозии
- Выделение ионов металлов (Fe^{2+}, Fe^{3+}, Zn^{2+}, Al^{3+} и др.) в воду; некоторые в небольших концентрациях — питательные, в больших — токсичны для организмов.
- Осаждение коллоидных/частичных оксидов и гидроксидов → повышение мутности, изменение светопропускания и седиментации, влияние на фильтраторов и придонные экосистемы.
- Жертвенные аноды и ингибиторы могут вносить в воду дополнительные металлы и органические вещества (возможна токсичность/накопление в пищевой цепи).
- Коррозионные остатки (отслоившееся покрытие, ржавчина) служат субстратом для биопленок и могут изменять локальную биоразнообразную структуру (иногда образуют «искусственные рифы», но с сопутствующими загрязнениями).
- Увеличение потребления растворённого кислорода в локальных зонах (окисление Fe^{2+}) может создавать стресс для аэробных организмов.
- Микробиологические эффекты: MIC может усиливать коррозию и изменять состав микробных сообществ.
Краткие практические указания
- Для морских конструкций комбинируют покрытия + катодную защиту + периодический мониторинг.
- Учитывать возможный экологический вклад жертвенных анодов и ингибиторов при выборе решений.
(Типичные параметры моря: солёность $\approx 35\text{‰}$, электропроводность порядка $\approx 5\text{S/m}$, pH ≈ $8$, что усиливает восстановление кислорода по реакции, приведённой выше.)