Ученые рассмотрели процесс образования ржавчины на атомном уровне

Специалисты из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории рассмотрели химические реакции, участвующие в образовании ржавчины. Они обнаружили в кристаллах железа трещины, способные к «заживлению».

Команда совершила прорыв в визуализации реактивности ржавеющих минералов в условиях дефицита кислорода, сообщает eurekalert.org. Результаты исследования представлены в журнале PNAS. Они могут помочь в улучшении качества материалов на основе железа. Так как проект рассматривает поведение минерала в условиях недостатка кислорода, как при нахождении под землей, он способен привести к новым, более эффективным методам подпитки растений.

Используя изотопы железа и томографию атомным зондом, ученые проследили окислительно-восстановительные реакции. Они составили первые трехмерные карты перекомпоновки разных атомов в небольшие кристаллы оксида железа. Изображения открыли неожиданный динамический цикл в металле, показывающей его непрерывное движение с и от поверхности минерала.

«Мы увидели, что атомы железа, находясь в воде, отыскивают и заполняют мелкие поры или дефекты на поверхностях кристаллов, — сказала Сандра Тейлор, проводившая измерения. – Наблюдая эти рекристаллизованные регионы на атомном уровне, мы выяснили, что реакция может эффективно восстанавливать поврежденные участки».

Кэвин Россо, руководивший проектом, отметил, что результаты подтвердили более активную динамику реакций при ржавлении минералов и коррозии стали, чем считалось ранее. Они проиллюстрировали, как процесс распространяется на металлических трубах при меняющихся химических условиях. В результате он ведет к непрерывному ржавлению и разрушению структуры.

«Исследование создает новый прецедент в характеризации этого важного редокс-интерфейса, — сказал специалист. – Выводы могут использоваться для лучшего понимания широкого спектра процессов. Например, роста и растворения кристаллов. Они также указывают на механизмы в основе коррозии и образовании ржавчины».