Skip to main content
header

לנסות בבית - אלומיניום - השכבה המגנה

מה רואים?

שלוש שורות של צלחות שבהן מסמרים ממתכות שונות (אלומיניום, ברזל ופלדה). בשורה אחת המסמרים מונחים ללא נוזל כלשהו ובשתי השורות האחרות המסמרים טבולים בנוזלים שונים (מים וחומץ). כעבור כמה ימים מתחילת הניסוי המסמרים מכוסים בציפויים. כעבור מספר שבועות חל בחלק מהמסמרים שינוי נוסף.

מה צריך?

  • 9 קעריות חד פעמיות או שקיות שניתן לסגור אותן בעזרת פס אטימה.
  • 3 מסמרי אלומיניום או מלבני רדיד אלומיניום (נייר כסף), בערך 8X3 ס"מ כל אחד.
  • 3 מסמרי פלדה.
  • 3 מסמרי ברזל.
  • חומץ
  • מי ברז
  • שעון

 

מה עושים ואיך?

  1. שמים מסמר אחד בכל אחת מהקעריות.
  2. מסדרים את הקעריות בשלוש שורות. בכל שורה שלוש קעריות, ובכל קערית מסמר מסוג שונה.
  3. שורת הקעריות הראשונה מכילה רק מסמרים, ללא נוזל כלשהו.
  4. בשורת הקעריות השניה מוסיפים לכל צלחת מי ברז עד לכיסוי המסמר.
  5. בשורת הקעריות השלישית מוסיפים לכל קערית חומץ עד לכיסוי המסמרים.
  6. עוקבים במשך כמה ימים אחר השינויים המתרחשים על פני המסמרים ובסביבה הקרובה למסמרים. בתחילה המעקב נעשה במרווחים של שעה, ולאחר 5-6 שעות עוקבים אחת לכמה שעות עד אשר אחד המסמרים מכוסה לחלוטין בתחמוצת.
  7. ממשיכים לעקוב אחר המסמרים גם בימים הבאים.

 

מה עוד?

  1. אפשר להניח מסמרי אלומיניום בקעריות נוספות, להוסיף נוזלים אחרים לבדוק אילו נוזלים מאיצים את התהליך ואילו מאיטים.
  2. אפשר להניח מסמרי אלומיניום בקעריות נוספות ולבדוק את השפעת הגורמים הבאים על קצב התגובה:
    • שינוי הטמפרטורה.
    • שינוי שטח הפנים (גודל המסמר).
    • שינוי מרקם המסמר.
  3. אפשר להניח בקעריות נוספת תיל נחושת (חוט חשמל חשוף), להוסיף לקערה אחת מים לשניה חומץ (אפשר גם נוזלים נוספים). עוקבים אחרי התיילים (כמו אחרי המסמרים) ובודקים האם הנחושת דומה לברזל או לאלומיניום או אולי התנהגותה שונה בתכלית.

 

איפה כאן המדע?

הרבה כסף ועבודה היו נחסכים אילו הברזל והפלדה היו מתנהגים כמו האלומיניום בנוכחות חמצן. הברזל והפלדה מגיבים עם החמצן, בשפת הכימאים - הם מתחמצנים. תוצר התגובה הנוראה לעין הוא חומר בצבע חום ובעל מבנה קשקשי - אבקתי שנקרא חלודה. נוסחתו Fe2O3 והוא משתייך לקבוצת החומרים שנקראת תחמוצות. התגובה בין הברזל או הפלדה לבין החמצן שבאוויר איננה נפסקת עם היווצרות החלודה אלא נמשכת עד שכל הברזל מתחמצן. יתרה מזאת, עם הווצרות החלודה קצב התגובה אף הולך וגובר. התופעה הזו מוכרת לנו מחיי היומיום: חפצים עשויים ברזל ופלדה כמו סורגים, שערים, שלדות של מכוניות ומעקות בטיחות (בעיקר אם הם נמצאים בתנאי לחות גבוהה, כמו למשל על חוף הים) מתכסים בחלודה אם הברזל חשוף לחמצן שבאוויר. במשך הזמן עלולים חפצים אלה להסדק ואף להשבר במקום בו החלודה חדרה עמוק לתוכם.

השבר נגרם כתוצאה מכך שתוצר התגובה בין הברזל לחמצן, החלודה, הוא בעל תכונות נחותות משל הברזל עצמו. כדי למנוע תופעות של התפוררות הברזל יש להגן עליו מפני מגע עם חמצן האוויר, למשל ע"י צביעה. גם האלומיניום מגיב עם חמצן בקלות ובמהירות (זו הסיבה שאינו מופיע בטבע כיסוד חופשי אלא בתחמוצות), לכן היינו מצפים שהאלומיניום יעבור תהליך דומה לזה המתרחש בברזל ובפלדה, כלומר שיהפוך בקצב מהיר לתחמוצת אבקתית שבמוקדם או במאוחר גורמת להתפוררות, ומאיימת על שלמות החפץ. אבל האלומיניום מפתיע. אמנם בבואו במגע עם חמצן (אפילו החמצן שבאוויר) הוא מתכסה בשכבה דקה של תחמוצת ומאבד את הברק, אבל לשיכבה זו אין מרקם קשקשי. להיפך. היא נצמדת היטב לגוף המתכת ומגינה עליו מפני המשך התגובה עם החמצן. לשכבת התחמוצת יתרונות נוספים. היא עמידה גם בפני התקפה של חומצות ובסיסים חלשים. תכונות אלה של התחמוצת המכסה את פני האלומיניום ומגינה על המתכת בתוספת תכונות נוספות כמו הוספת אותו לחומר שימושי בתחומים רבים בעקר בבניה ובתעופה. ועד שחומרים מורכבים שיתרונם עליו ברור, לא יתפסו את מקומו הוא עדין שולט בכיפה.

Image by Public Domain Photos

 

נוצר בתאריך: 17/04/08
עודכן בתאריך: 18/05/15