V prírode sa kovy vyskytujú vo forme rúd, to znamená vo forme hornín, ktoré sú zlúčeninami týchto kovov s inými prvkami. Napríklad železná ruda je magnetit, hematit, siderit. Sú to zlúčeniny železa a kyslíka a uhlíka (siderit). Alebo medenou rudou je zlúčenina medi, železa a síry. Stav, v ktorom rudy v prírode nachádzame, je stabilný – samé od seba sa nemenia.
Naozaj zaujímavé skutočnosti sa dozvedeli účastníci Žilinskej detskej univerzity, ktorých privítala Žilinská univerzita v Žiline (UNIZA) vo svojich priestoroch v termíne 9. – 13. júla 2018. Jej cieľom je vzbudiť zvedavosť a záujem detí o objavovanie sveta okolo nich. Štrnásty ročník populárnej Žilinskej detskej univerzity navštívilo 138 detí (77 detí v kurze bakalárik a 61 v kurze inžinierik).
Ako sa uvádza v prednáške s názvom Kto (čo) žerie kovy, ktorú viedol doc. Ing. Branislav Hadzima, PhD., stav rúd sa nemení, pretože v tomto stave príťažlivé sily medzi jednotlivými atómami pripútali atómy do mriežky, v ktorej sú udržiavané pri sebe. „Tak ako je lopta v ´stabilnom stave´, keď spadne do jamky. Keď ju chceme dostať do inej polohy, musíme vykonať prácu na jej vytlačenie z jamky. Pre človeka však kovy v takom stave, ako ich nachádzame, nemajú praktický význam, lebo nie sú dostatočne pevné, nedajú sa tvarovať alebo nemajú požadované elektrické vlastnosti. Ľudia objavili spôsob, ako atómy kovov nachádzajúcich sa v rudách usporiadať a pospájať tak, aby mali výhodné vlastnosti. Spôsobu, ktorým sa to deje, hovoríme výroba kovov,“ odznelo počas prednášky.
Takto usporiadané atómy kovov, ktoré sú poprepájané väzbami tvoria kovovú mriežku. Pre samotné atómy kovu je však takýto stav neprirodzený a nie je stály. Sú v metastabilnom stave, vypočuli si deti. To znamená v stave, z ktorého veľmi ľahko môžu prejsť do iného stavu.
Stabilný a metastabilný stav kovu
V ovzduší, vode a pôde sa nachádzajú atómy kyslíka a vodíka, ktoré „pomáhajú“ kovom uväzneným v mriežke návrat do stabilného stavu, teda do takého, v akom sa nachádzajú v prírode. Návrat atómov kovu do stabilného stavu znamená stratu dobrých vlastností kovu. Proces tohto návratu sa nazýva korózia. Jej výsledkom je, napríklad, známa hrdza.
Ďalej v prednáške Kto (čo) žerie kovy odznelo, že kyslík a vodík musia pri oslobodzovaní kovu vynaložiť určitú prácu na prekonanie bariéry, ktorá atóm kovu drží v mriežke. Veľkosť práce závisí od toho, aký kov koroduje. Čím je táto bariéra väčšia, tým je kov odolnejší. Existujú kovy, s ktorými si vodík neporadí a z mriežky ich vyslobodí iba kyslík. Takýmto kovom hovoríme, že sú ušľachtilé a patria medzi ne platina, zlato, striebro a meď.
Poradie kovov, podľa ich odolnosti proti korózii, je takéto: platina-zlato-striebro-meď-olovo-cín-nikel-železo-chróm-zinok-titán-hliník-horčík. (Najodolnejšia je platina, najmenej odolný je horčík.) Niektoré z kovov v uvedenom poradí sú však z hľadiska praktického použitia odolnejšie ako kovy uvedené pred nimi. Napr. titán a hliník sú voči korózii odolnejšie ako železo alebo olovo. Je to spôsobené tým, že zlúčenina, ktorá koróziou vznikne, zostáva na povrchu kovu a vytvára nepriepustnú vrstvu. Zabraňuje tak prístupu kyslíka a vodíka k ďalším atómom, ktoré sú v kovovej mriežke. Napríklad na povrchu hliníka sa vytvára vrstva oxidu hlinitého.
Zaujímavá situácia nastane pri spojení dvoch kovov, ktoré sú v prostredí (napr. vo vode) rôzne korózne odolné, pripomenul ďalej prednášajúci. „Ak spojíme pomocou elektrického vodiča (drôtu) napr. meď a horčík a ponoríme ich do pitnej vody, budú sa z mriežky uvoľňovať atómy horčíka (koroduje menej odolný kov). Naopak meď zostane neporušená. Spojeniu takýchto dvoch kovov hovoríme korózny alebo galvanický článok. Tento princíp sa využíva pri konštrukcii bateriek (galvanických článkov). Pri uvoľňovaní kovu zostávajú v mriežke voľné elektróny, ktoré ´putujú´ vodičom smerom k odolnejšiemu kovu. Tým vzniká prúd elektrónov, t. j. elektrický prúd. Tento prúd môže byť taký veľký, že môže rozsvietiť žiarovku. Ako silno bude žiarovka svietiť závisí i od toho, aký je rozdiel v odolnosti oboch použitých kovov.“
Pôsobenie kyslíka na kov v metastabilnom
V niektorých situáciách však atómom z mriežky môžu pomáhať prejsť do nežiaduceho „stabilného“ stavu mikroskopické živočíchy, miliónkrát menšie ako človek – baktérie. Tie dokážu svojim pôsobením meniť agresivitu prostredia (zvyšovať rýchlosť procesu korózie). Napríklad síru, ktorá sa nachádza v zemi, dokážu niektoré baktérie meniť na kyselinu sírovú.
V rámci tejto prednášky Žilinskej detskej univerzity ešte odznelo, že na rýchlosť korózie kovov majú vplyv aj vlastnosti prostredia, v ktorom sa kov nachádza. Napríklad vyššia teplota prostredia uľahčuje kyslíku a vodíku prácu s oslobodzovaním atómov kovov. „Železná“ tyč bude preto rýchlejšie hrdzavieť v Afrike, kde je prostredie teplé a vlhké, ako napr. v Severnej Európe, v chladnejšom prostredí.
„Vodík a kyslík, atómy, ktoré spôsobujú koróziu kovov vyhľadávajú slabé miesta na povrchu kovov. Miestne zdeformované povrchy majú poškodenú kryštalografickú mriežku, a preto je menej práce s vyslobodzovaním atómov. Napríklad ohnutý klinec bude rýchlejšie hrdzavieť v mieste ohybu, zatiaľ čo rovný klinec bude hrdzavieť pomalšie a rovnomernejšie po celom povrchu,“ bolo povedané v závere prednášky Kto (čo) žerie kovy.
*********************************************
Podujatie Žilinská detská univerzita (ŽDU) organizuje Elektrotechnická fakulta Žilinskej univerzity v Žiline (UNIZA) už od roku 2005, pričom každoročne nadväzuje na výnimočnú aktivitu v oblasti propagácie vedy a techniky v spoločnosti medzi najmladšími žiakmi základných škôl. ŽDU je založená na popularizácii prírodovedných a technických predmetov, hre, interaktivite a tvorivosti, takže základ ostáva rovnaký – pre kurz bakalárik vysvetľovanie prírodných zákonov, jednoduchých princípov a pre kurz inžinierik – aplikácia zákonov do praxe. „UNIZA sa rada aj týmto spôsobom otvára verejnosti. Snažíme sa pritiahnuť deti už od ranného veku k vede a technike, aby v nej objavili krásu a zmysel a mohli ju raz študovať,“ vyjadril sa prof. Ing. Jozef Jandačka, PhD., rektor UNIZA.
Zdroj informácií a fotografií:
https://zdu.uniza.sk/prednasky
Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR
Uverejnila: VČ