استیل و واکنش آن با هیدروکلریک اسید

دلایل آسیب‌رسانی هیدروکلریک اسید به استیل

خوردگی شیمیایی به دلیل خاصیت اسیدی قوی

ماهیت هیدروکلریک اسید:  یک اسید قوی با pH بسیار پایین (نزدیک به صفر در غلظت‌های بالا) است که به راحتی پروتون​\( H^{+} \)​ آزاد می‌کند. این پروتون‌ها می‌توانند با فلزات واکنش دهند و باعث خوردگی شوند.

تأثیر بر لایه محافظ استیل: (فولاد ضدزنگ) به دلیل وجود کروم (حداقل10 الی 12%) یک لایه اکسید کروم (​\( Cr_{2}O_{3} \)​) نازک و مقاوم روی سطح خود تشکیل می‌دهد که از آن در برابر خوردگی محافظت می‌کند (به این خاصیت “پسیو شدن یا غیرفعّال شدن ” می‌گویند). هیدروکلریک اسید می‌تواند این لایه محافظ را تخریب کند، به‌ویژه در غلظت‌های بالا یا تماس طولانی‌مدت.

حمله یون‌های کلرید​\( Cl^{-} \)​ 

نقش یون‌های کلرید: هیدروکلریک اسید در محلول به یون‌های​\( H^{+} \)​ و ​\( Cl^{-} \)​تجزیه می‌شود. یون‌های کلرید بسیار تهاجمی هستند و می‌توانند به لایه اکسید کروم نفوذ کنند. این یون‌ها با ایجاد نقاط ضعف موضعی در لایه محافظ (معروف به خوردگی حفره‌ای یا Pitting Corrosion) باعث تخریب استیل می‌شوند.

خوردگی حفره‌ای: در این نوع خوردگی، یون‌های کلرید به صورت موضعی لایه محافظ را از بین می‌برند و حفره‌های کوچک اما عمیقی روی سطح استیل ایجاد می‌کنند. این حفره‌ها می‌توانند به سرعت گسترش یابند و ساختار فلز را ضعیف کنند.

خوردگی شکافی: در نواحی که استیل در معرض تماس طولانی با هیدروکلریک اسید قرار دارد (مثلاً در شکاف‌ها یا اتصالات)، یون‌های کلرید می‌توانند تجمع کنند و باعث خوردگی شکافی (Crevice Corrosion) شوند.

مکانیسم:

یون‌های Cl⁻ به نقاط ضعف لایه اکسید کروم (مانند عیوب کریستالی یا خراش‌ها) حمله می‌کنند.

این یون‌ها باعث تجزیه لایه محافظ و ایجاد یک محیط اسیدی موضعی می‌شوند که خوردگی را تسریع می‌کند.

نتیجه، تشکیل حفره‌هایی است که می‌توانند به سرعت گسترش یابند و استحکام استیل را کاهش دهند.

واکنش شیمیایی با اجزای استیل

ترکیب استیل: معمولاً حاوی آهن (Fe)، کروم (Cr)، نیکل (Ni) و گاهی مولیبدن (Mo) است. اسید می‌تواند با آهن و نیکل واکنش دهد و ترکیباتی مانندآهن(II)کلرید  (​\( FeCl_{2} \)​) یا نیکل(II)کلرید  (​\( NiCl_{2} \)​) تولید کند که محلول هستند و از سطح فلز جدا می‌شوند، در نتیجه باعث کاهش ضخامت و تخریب فلز می‌شوند.

معادله شیمیایی : ​\( Fe(s)+2HCl(aq)\longrightarrow FeCl_{2}(aq)+H_{2}(g) \)​این واکنش گاز هیدروژن آزاد می‌کند و لایه‌های فلزی را از بین می‌برد.

حساسیت انواع استیل به هیدروکلریک اسید

انواع استیل: استیل‌های ضدزنگ به دسته‌های مختلفی (مانند 304، 316 یا 430) تقسیم می‌شوند. استیل 316 که حاوی مولیبدن است، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی کلریدی دارد، اما حتی این نوع استیل نیز در برابر هیدروکلریک اسید غلیظ یا تماس طولانی‌مدت آسیب‌پذیر است.

غلظت و دما: غلظت بالای هیدروکلریک اسید (مثلاً بالاتر از 10%) و دمای بالا (مثلاً بالای 40 درجه سانتی‌گراد) شدت خوردگی را افزایش می‌دهند، زیرا واکنش‌های شیمیایی در این شرایط سریع‌تر رخ می‌دهند.

تخریب ظاهر و عملکرد استیل

تغییر رنگ و لکه‌دار شدن: هیدروکلریک اسید می‌تواند باعث ایجاد لکه‌های قهوه‌ای یا سیاه (ناشی از خوردگی یا رسوبات کلریدی) روی سطح استیل شود که ظاهر آن را خراب می‌کند.

کاهش استحکام: خوردگی حفره‌ای یا شکافی می‌تواند ساختار استیل را ضعیف کند، به‌ویژه در قطعاتی که تحت فشار یا تنش مکانیکی هستند.

آسیب به تجهیزات بهداشتی: در محیط‌هایی مانند سرویس‌های بهداشتی، استفاده از جرم‌گیرهای حاوی هیدروکلریک اسید  (مانند مایع جرم‌گیر man) روی شیرآلات یا سطوح استیل می‌تواند به مرور زمان باعث تخریب و کاهش عمر مفید آن‌ها شود.

راهکارهای کاهش آسیب 

اجتناب از استفاده هیدروکلریک اسید : برای تمیز کردن سطوح استیل، از جرم‌گیرهای حاوی این اسید  استفاده نکنید. به جای آن، از شوینده‌های ملایم یا محصولات مخصوص استیل (مانند محلول‌های قلیایی یا شوینده‌های خنثی) استفاده کنید.

رقیق‌سازی: اگر استفاده از جرم‌گیر حاوی هیدروکلریک اسید ضروری است، آن را به شدت رقیق کنید (مثلاً ۱ پیمانه جرم‌گیر با ۹ پیمانه آب) و زمان تماس را به حداقل برسانید.

شستشوی سریع: پس از استفاده، سطح استیل را بلافاصله با آب فراوان بشویید تا اسید و یون‌های کلرید از سطح پاک شوند.

استفاده از استیل مقاوم‌تر: در محیط‌هایی که تماس با اسید اجتناب‌ناپذیر است، از گریدهای استیل مقاوم‌تر مانند 316L یا آلیاژهای خاص (مانند Hastelloy) استفاده کنید.

پوشش محافظ: اعمال پوشش‌های محافظ (مانند رنگ‌های مقاوم یا پوشش‌های پلیمری) روی استیل می‌تواند از تماس مستقیم با اسید جلوگیری کند.

واکنش‌های شیمیایی بین هیدروکلریک اسید و استیل

تخریب لایه محافظ اکسید کروم ​\( Cr_{2}O_{3} \)​

لایه اکسید کروم روی سطح استیل از فلز زیرین در برابر خوردگی محافظت می‌کند. هیدروکلریک اسید ، به دلیل خاصیت اسیدی قوی و حضور یون‌های کلرید (​\( Cl^{-} \)​)، می‌تواند این لایه را حل کند یا تضعیف کند. واکنش شیمیایی انجام شده به این صورت است: ​\( Cr_{2}O_{3}(s)+6HCl(aq)\longrightarrow 2CrCl_{3}(aq)+3H_{2}O(l) \)​

توضیح: در این واکنش،کروم(III) اکسید با هیدروکلریک اسید واکنش می‌دهد و کروم(III) کلرید (​\( CrCl_{3} \)​) و آب تولید می‌شود. این فرآیند لایه محافظ را از بین می‌برد و فلز زیرین (مانند آهن یا نیکل) را در معرض خوردگی قرار می‌دهد.

نقش یون‌های کلرید: یون‌های Cl⁻ می‌توانند به صورت موضعی به لایه اکسید نفوذ کنند و باعث ایجاد خوردگی حفره‌ای (Pitting Corrosion) شوند، بدون اینکه واکنش شیمیایی مشخصی با معادله ساده قابل توصیف باشد.

واکنش با نیکل (Ni) 

نیکل، یکی دیگر از اجزای رایج استیل (به‌ویژه در گریدهایی مانند 304 یا 316)، نیز می‌تواند با اسید کلریدریک واکنش دهد: ​\( Ni(s)+2HCl(aq)\longrightarrow NiCl_{2}(aq)+H_{2}(g) \)​

توضیح: نیکل با هیدروکلریک اسید واکنش داده و نیکل (II)کلرید و گاز هیدروژن تولید می‌کند. این واکنش مشابه واکنش آهن است و به خوردگی فلز کمک می‌کند.

تأثیر: نیکل در مقایسه با آهن مقاومت بیشتری نسبت به خوردگی دارد، اما در حضور اسید  غلیظ یا در تماس طولانی‌مدت، آسیب‌پذیر می‌شود.

عوامل تشدیدکننده واکنش‌ها

غلظت هیدروکلریک اسید : غلظت‌های بالاتر (مثلاً 10الی37%) واکنش‌ها را سریع‌تر و مخرب‌تر می‌کنند. در مایع جرم‌گیر من، اسید معمولاً رقیق‌شده است، اما همچنان می‌تواند به استیل آسیب برساند.

دما: دماهای بالاتر (مثلاً بالای 40 درجه سانتی‌گراد) سرعت واکنش‌های شیمیایی و خوردگی را افزایش می‌دهند.

زمان تماس: تماس طولانی‌مدت با اسید، حتی در غلظت‌های پایین، می‌تواند لایه محافظ را به تدریج تخریب کند.

نوع استیل: استیل‌های با کروم یا مولیبدن کمتر (مانند گرید 430) نسبت به گریدهای مقاوم‌تر (مانند 316) آسیب‌پذیرتر هستند.

اثرات قابل مشاهده

لکه‌دار شدن: تشکیل لکه‌های قهوه‌ای یا سیاه روی سطح آن به دلیل رسوبات کلرید یا محصولات خوردگی.

حفره‌دار شدن: ایجاد حفره‌های کوچک و عمیق روی سطح.

کاهش براقیت: سطح آن کدر یا زبر می‌شود.

تضعیف ساختار: در طولانی‌مدت، خوردگی می‌تواند استحکام مکانیکی آن را کاهش دهد.

جمع‌بندی

واکنش‌های اصلی بین هیدروکلریک اسید و استیل شامل تخریب لایه کروم(III)اکسید (​\( Cr_{2}O_{3}\rightarrow CrCl_{3} \)​)، واکنش با آهن (​\( Fe\rightarrow FeCl_{2} \)​) و نیکل (​\( Ni\rightarrow NiCl_{2} \)​) و ایجاد خوردگی حفره‌ای یا شکافی به دلیل فعالیت یون‌های کلرید است. این واکنش‌ها باعث تخریب لایه محافظ و فلز زیرین می‌شوند و به لکه‌دار شدن، کاهش براقیت و تضعیف استیل منجر می‌شوند. برای جلوگیری از این آسیب‌ها، باید از تماس مستقیم اسید با استیل اجتناب کرد، آن را رقیق نمود و سطوح را سریعاً شستشو داد.

در کلیپ زیر نحوه واکنش فلزات روی و منیزیم با هیدروکلریک اسید نمایش داده می شود

در کلیپ زیربا نحوۀ واکنش آهن با هیدروکلریک اسید آشنا می شویم