نشاط عملي يوّضح كيفية حصول عملية الصدأ

2011 تجارب علمية استخدام المواد

غريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية حصول عملية الصدأ عملية الصدأ الكيمياء

– الأهداف:

1- معرفة السبب الذي يجعل المعادن تصدأ.

2- استكشاف المواد التي تسبب أو تمنع الصدأ.

3- دراسة معدل سرعة حدوث الصدأ.

 

– الأدوات التي تحتاجها:

1- ستة مسامير حديدية

2- ستة أوانٍ زجاجية صغيرة مع أغطيتها

 

3- ماء صنبور

4- ماء مغلي

5– زيت نباتي

 

6- مقدار ملعقتي طعام من الملح

7– ملعقة

 

– خطوات العمل:

1– ضع مسماراً في كل إناء. أغلق الإناء الأول بإحكام بحيث يكون المسمار محاطاً بالهواء فقط.

 

2- صب كمية من ماء الصنبور تكفي لغمر المسمار في الإناء الثاني وأغلقه بغطائه.

 

3- صب في الإناء الثالث كمية من الماء المغلي تكفي لغمر المسمار، ثم اسكب مقدار ملعقتين كبيرتين من الزيت النباتي فوق الماء كي تصبح لديك طبقة رقيقة من الزيت على سطح الماء. أغلق الإناء بواسطة غطائه أيضاً.

 

4- صب ماء الصنبور في الإناء الرابع بمقدار يجعل نصف المسمار مغموراً بالماء ونصفه الآخر في الهواء، ثم ضع الغطاء على الإناء.

 

5- أما في الإناء الخامس فصبّ ما يكفي من ماء الصنبور لغمر المسمار كله، ثم أضف مقدار ملعقتين صغيرتين من الملح وأغلق الإناء

 

6- املأ الإناء السادس كله بماء الصنبور. اغمس المسمار بالزيت أولاً ثم ضعه في الإناء ثم قم بإغلاقه.

 

7- تفقّد الأواني للتحقق من ظهور علامات الصدأ، وذلك ضمن فواصل زمنية منتظمة لمدة أسبوع.

 

قد يتكوّن الصدأ بسرعة كبيرة، لذلك ينبغي أن تتفقد الأواني على نحوٍ متكرر في اليوم الأول.

لا تخرج المسامير من الأواني كي لا تفسد التجربة، بل استخدم الإناء كعدسة تنظر من خلالها وتعرف مدى تكوّن الصدأ على كل مسمار، سجل نتائجك دوّن ملاحظة تبيّن فيها الوقت كي يتسنى لك حساب مدى سرعة حدوث الصدأ.

وإذا كنت تتمتع ببصر حاد حاول تقدير نسبة الصدأ على كل مسمار في كل مرة تتفقد حالة المسامير كلها.

 

وبإمكانك تكرار التجربة مستخدماً سوائل أخرى مختلفة. اغمس أحد المسامير في عصير الليمون واغمس مسماراً آخر في الخل ومسماراً ثالثاً في الماء، أيّ المسامير الثلاثة يصدأ بسرعة أكبر؟

تستطيع أيضاً استعمال معادن أخرى لتتحقق فيما إذا كانت تصدأ بصورة أسرع أو أبطأ من الحديد، فالنحاس مثلاً معدن جدير بالمحاولة لأن يتآكل بسرعة أيضاً.

عندما تكتشف الإناء الذي يجعل المسامير تصدأ أسرع من باقي الأواني جرّب طرقاً مختلفة  لوقاية المسامير من الصدأ.

 

حاول طلاء عدة مسامير بمواد مختلفة، مثل الشمع أو الطلاء أو شريط لاصق أو ورق القصدير أو الصفيح، ثم ضع كل مسمار في إناء مستقل وظروف ملائمة لحدوث الصدأ بسرعة.

إن الصفيح الذي تُصنع منه معلبات الأطعمة المحفوظة هو في الحقيقة فولاذ يُطلى بطبقة رقيقة من القصدير تحمي الفولاذ من الصدأ. نفذ التجربة التالية لتكتشف مدى فاعلية هذه الطبقة القصديرية.

أحضر علبتين فارغتين من علب الصفيح وبللهما بالماء جيداً لكي تنزع لصاقات العلامات التجارية عنها، وتأكد أيضاً من عدم وجود أي حواف حادة في العلبتين.

 

قم بتسوية إحدى العلبتين وحاول تخريب سطحها بحكّة بواسطة ورق الصقل (ورق الزجاج) أو الليف المعدني الكاشط، أو عن طريق خدش السطح بواسطة مسمار.

ضع العلبتين في محاليل الهواء من الماء المالح الساخن واتركهما لبضعة أيام. على أي العلبتين يظهر الصدأ أولاً؟

 

– تحليل النشاط:

يحدث صدأ الحديد بسبب تفاعل كيميائي معقد، إذ ينبغي وجود الأكسجين والماء من أجل تكوّن الصدأ.

أما المواد الكيميائية الأخرى مثل الملح والأحماض فإنها تعمل على تسريع عملية الصدأ.

من المحتمل أن المسمار الذي وضعته في الهواء وحده لم يصدأ لأن الإناء كان خالياً من الماء، أما المسمار الذي وضعته في الماء المالح صدأ بسرعة كبيرة نظراً لوجود كل من الأكسجين والماء معاً.

 

بالإضافة إلى الملح الذي سرّع عملية التفاعل. لكن ماذا عن باقي المسامير؟

لا يوجد الأكسجين في الهواء فقط، فهو يذوب في الماء أيضاً يحتوي ماء الصنبور على الأكسجين الذائب فيه، لذلك فإن المسمار المغموس بماء الصنبور يصدأ مع أنه لا يلامس الهواء.

 

لكن عند غلي الماء يخرج منه الأكسجين على شكل فقاعات، وهذا ما جعل المسمار المغموس في الماء المغلي لا يصدأ بسرعة بسبب وجود كمية أقل من الأكسجين في الماء.

أما طبقة الزيت التي غطت سطح الماء فقد منعت الأكسجين الموجود في الهواء من دخول الماء.

 

أما المسمار الذي غمسته بالزيت قبل وضعه في الإناء الذي يحوي الماء فقط، فقد أصبحت له طبقة واقية ساعدت إبطاء عملية الصدأ، لكن هذه الوقاية لم تكن كاملة لأن جزءاً من الزيت زال عن المسمار وبالتالي سمح للماء بملامسته.

وإذا كررت التجربة مستخدماً عصير الليمون والخل فلابدّ أنك وجدت أن الصدأ أصاب المسامير بصورة أسرع لأن عصير الليمون والخل من الأحماض الضعيفة والأحماض عموماً تسرّع من عملية التآكل.

 

– تحديد الأواني

يجب أن تضع علامة على كل إناء من الأواني الست كي تتمكن من تمييزها عن بعضها. بعد قياس الصدأ الذي يحدث تأكد من إعادة الأواني إلى أماكنها.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]