เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับสนิม

          สารต่างๆ ที่อยู่รอบตัวเราเกือบทุกชนิดล้วนเกิดจากปฏิกิริยาเคมีทั้งสิ้น ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาเคมี อะตอมของสารตั้งต้นจะเกิดการแลกเปลี่ยนกันเกิดเป็นสารใหม่ที่แตกต่างกันไปจากสารตั้งต้น สารใหม่ที่ได้นี้ เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ การเกิดปฏิกิริยาเคมี เป็นการเปลี่ยนแปลงของสารที่ได้ผลิตภัณฑ์ของสารที่แตกต่างจากสารเดิมโดยอาจสังเกตจากการเปลี่ยนสีของสาร การเกิดตะกอน หรือการเกิดกลิ่นใหม่ ปฏิกิริยาที่พบเห็นในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างสารกับออกซิเจน เช่น การเกิดสนิม ไฟไหม้ การกัดกร่อน เป็นต้น หลังจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีอะตอมทั้งหมดของสารตั้งต้นไม่มีการสูญหายไปไหนแต่เกิดการแลกเปลี่ยนจากสารหนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่ง ซึ่งจะเห็นได้จากผลรวมของอะตอม ของสารตั้งต้นจะเท่ากับผลรวมของอะตอมของผลิตภัณฑ์ เราเรียกว่า สมดุลเคมี ตัวอย่าง เช่น เมื่อจุดเทียนบนขนมเค้กวันเกิด ขี้ผึ้งจากเทียนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเรียกการเกิดปฏิกิริยานี้ว่า อ๊อกซิเดชั่น (Oxidation) สมการเคมี เป็นประโยชน์สัญลักษณ์ที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของสาร ประกอบด้วยสารตั้งต้นและสารที่เป็นผลที่ได้ของปฏิกิริยา ซึ่งเรียกว่า ผลิตภัณฑ์ โดยเขียนในรูปสูตรของสารแต่ละชนิดในปฏิกิริยา เช่น

          สนิม เป็น Corrosion ประเภทหนึ่งซึ่งมักเกิดกับโลหะจำพวกเหล็กปฏิกิริยาการเกิดสนิมเหล็กเป็นปฏิกิริยาที่พบเห็นได้ง่ายๆ กับสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ ที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ แต่เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อมีเหล็กสัมผัสกับน้ำและความชื้น จะค่อย ๆ สึกกร่อน กลายเป็นเหล็กออกไซด์ หรือที่เรารู้จักกันว่า สนิมเหล็ก (Fe2O3.H2O ) สังเกตได้จากสีและลักษณะอื่นๆ ที่แตกต่างจากเหล็ก (Fe) ดังปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น สนิมเหล็กแท้จริงแล้วคือสารประกอบระหว่างเหล็กกับออกซิเจนนั่นเองมีชื่อทางเคมีคือ ไฮเดรตเฟอริกออกไซด์ (Fe2O3.XH2O3) ลักษณะเป็นคราบสีแดง ซึ่งไม่สามารถเกาะอยู่บนผิวของเหล็กได้อย่างเหนียวแน่น สามารถหลุดออกไปได้ง่าย ทำให้เนื้อเหล็กที่อยู่ชั้นในสามารถเกิดสนิมต่อไปจนกระทั่งหมดทั้งชิ้น กระบวนการเกิดสนิมเหล็กค่อนข้างซับซ้อน โดยมีปัจจัยหลักก็คือ น้ำและออกซิเจน ซึ่งมีอยู่ทั่วไปในบรรยากาศโลก เหล็กจะเกิดสนิมได้เร็วขึ้นในบางสภาวะ เช่น สภาพที่เป็นกรด ตามชายทะเลที่มีไอเกลือเข้มข้นเป็นต้น อย่างไรก็ตามเหล็กเป็นโลหะที่มนุษย์นำมาใช้ประโยชน์มากที่สุด เนื่องจากมีความแข็งแกร่งและมีราคาถูก อย่างไรก็ตามข้อบกพร่องที่สำคัญที่สุดของก็คือการเกิดสนิม(Rusting) นั้นเอง ประมาณกันว่าปีหนึ่งๆ จะเกิดการสูญเสียเนื้อเหล็กไปในรูปของสนิมเหล็กถึงเกือบ 1 ใน 7 ของปริมาณเหล็กที่ผลิตได้ ซึ่งนอกจากจะสร้างความสูญเสียในเชิงเศรษฐกิจอย่างมหาศาลแล้ว บางครั้งการเกิดสนิมยังอาจก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อชีวิตและทรัพย์สินอย่างประมาณค่ามิได้ โลหะบางชนิดไม่เหมาะสำหรับใช้เป็นท่อส่งน้ำ เพราะโลหะนั้นจะเกิดปฏิกิริยากับน้ำ ทำให้เกิดสนิมปนเปื้อนในน้ำประปา ซึ่งอาจทำให้เกิดอันตรายต่อร่างกาย ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับน้ำ แต่ไม่ใช่โลหะทุกชนิดที่จะเกิดปฏิกิริยากับน้ำ เช่น เราสามารถนำทองแดงมาทำเป็นท่อส่งน้ำได้ เพราะทองแดงเกิดปฏิกิริยากับน้ำได้ยากจึงไม่เกิดสนิม ส่วนสังกะสี เหล็ก และ แมกนีเซียมทำปฏิกิริยาได้ดีกับกรด แต่ถ้าเป็นโลหะโซเดียมจะเกิดปฏิกิริยารวดเร็วและ รุนแรง

          ดังนั้นการป้องกันการเกิดสนิมของเหล็กเอาไว้ล่วงหน้าจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อลดปัญหาที่เกิดขึ้น วิธีการป้องกันเหล็กไม่ให้เกิดสนิมมีอยู่หลายวิธี เช่น การเคลือบผิวเหล็ก เพื่อป้องกันมิให้เนื้อเหล็กสัมผัสกับน้ำและอากาศโดยตรง อาจทำได้หลายวิธี เช่น การทาสี การชุบด้วยโลหะ อาทิ ดีบุก สังกะสี วิธีนี้มักใช้กับชิ้นงานขนาดเล็กหรือกลาง อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีนี้คือ ผิวเคลือบชนิดนี้ สามารถหลุดออกได้ง่าย ทั้งทางกายภาพและเคมีซึ่งจะทำให้เนื้อเหล็กมีโอกาสสัมผัสกับบรรยากาศและเกิดสนิมขึ้น ยิ่งกว่านั้นผิวเคลือบบางชนิด เช่น ดีบุก ยังสามารถเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการเกิดสนิมให้เร็วขึ้นอีกด้วย วิธีต่อมาคือการทำเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) โดยการเติมธาตุอื่นๆ ที่สามารถทำให้เกิดชั้นฟิล์มบางๆ ขึ้นบนผิวเหล็ก เช่น โครเมียม นิกเกิล ธาตุเหล่านี้จะสร้างฟิล์มบางๆ ที่ติดแน่นบนผิวเหล็ก ช่วยป้องกันไม่ให้เนื้อเหล็กสัมผัสกับบรรยากาศโดยตรง ผิวเคลือบชนิดนี้มีความคงทนทั้งทางกายภาพและเคมี เหล็กกล้าไร้สนิมมีหลายเกรด แต่ละเกรดก็จะมีส่วนผสมที่ต่างกันออกไปขึ้นอยู่กับความต้องการในการใช้งานแต่ละประเภท ส่วนวิธีสุดท้ายคือการใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อให้เหล็กมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าบริเวณใกล้เคียง ซึ่งจะทำให้เหล็กไม่เกิดการสูญเสียอิเล็กตรอนและกลายเป็นสนิม วิธีนี้สามารถป้องกันการเกิดสนิมได้ในทุกสภาพแวดล้อม จึงเหมาะสมสำหรับโครงสร้างใหญ่ๆ ที่ต้องใช้งานในสภาพแวดล้อมที่เสี่ยงต่อการเกิดสนิมอย่างรุนแรง เช่น ท่อที่ฝังอยู่ใต้ดิน ท่อส่งน้ำมันใต้ทะเล เป็นต้น