Sắt gỉ vì nó kết hợp với ôxi và nước thành gỉ sắt — một lớp xốp, bở, dễ bong, nên không che được phần sắt bên dưới và gỉ cứ ăn sâu mãi. Nhôm và inox thật ra cũng bị ôxi hoá, nhưng lớp ôxit của chúng mỏng, đặc và bám chặt, bịt kín bề mặt như một lớp sơn vô hình, nên phần kim loại bên trong được bảo vệ.
Thấy nó ở đâu
Cổng sắt nhà ven biển chỉ vài năm là phồng rộp, bong từng mảng nâu đỏ. Chiếc đinh rơi ngoài sân qua một mùa mưa đã nâu xỉn. Con dao sắt quên lau sau khi thái chanh, sáng ra có vệt gỉ. Trong khi đó, nồi nhôm dùng cả chục năm vẫn chỉ hơi xỉn, chậu inox vẫn sáng. Cũng ở nhà ven biển ấy, tấm tôn mạ kẽm trụ lâu hơn hẳn thanh sắt trần.
Thoạt nhìn, nhôm có vẻ "trơ" hơn sắt. Thực ra ngược lại: nhôm phản ứng với ôxi mạnh hơn sắt. Bí mật nằm ở lớp vỏ mà mỗi kim loại tự tạo ra.
Sắt gỉ thế nào
Gỉ sắt không hình thành trong không khí khô. Nó cần đồng thời sắt, ôxi và nước. Trên bề mặt sắt ẩm diễn ra một quá trình điện hoá thu nhỏ: ở một chỗ, nguyên tử sắt nhả electron và tan vào màng nước thành ion sắt; ở chỗ khác, ôxi hoà trong nước nhận electron ấy. Các ion gặp nhau và kết thành ôxit sắt ngậm nước, màu nâu đỏ — chính là gỉ.
Ba điều làm gỉ sắt đáng sợ:
- Xốp và bở. Gỉ không bám chặt, có nhiều kẽ hở, nước và không khí vẫn lọt qua tới lớp sắt mới.
- Phình to. Gỉ chiếm thể tích lớn hơn nhiều so với lượng sắt sinh ra nó. Cốt thép trong bê tông bị gỉ sẽ nở ra, đẩy vỡ lớp bê tông bên ngoài — những ban công, mái hiên bong mảng lộ thép ở nhà cũ là vì vậy.
- Tự tăng tốc ở môi trường mặn. Muối hoà trong nước làm nước dẫn điện tốt, quá trình điện hoá chạy nhanh hơn. Gió biển mang hơi muối nên sắt ở Vũng Tàu, Nha Trang, Quy Nhơn gỉ nhanh hơn sắt ở Đà Lạt.
Vì sao nhôm, inox "không gỉ"
Nhôm: tự khoác áo giáp
Vừa cắt ra, nhôm sáng bóng gặp không khí là lập tức phủ một lớp nhôm ôxit dày chỉ cỡ vài phần tỉ mét. Lớp này đặc, trong suốt, bám chặt vào kim loại, ngăn ôxi đi tiếp vào trong. Nó còn tự lành: bị xước thì phần nhôm lộ ra lại phủ ôxit mới trong chớp mắt. Hiện tượng kim loại tự bảo vệ bằng màng ôxit mỏng gọi là thụ động hoá.
Nhôm vẫn có thể bị ăn mòn khi lớp ôxit bị phá: nước muối đặc, dung dịch kiềm, đồ ăn quá chua, mặn để lâu trong nồi nhôm. Những chấm trắng, rỗ nhỏ trên nồi nhôm cũ là vết ăn mòn cục bộ ấy.
Inox: thép có crôm
Inox (thép không gỉ) là thép trộn thêm ít nhất khoảng 10,5% crôm, thường kèm niken. Crôm trên bề mặt tạo một lớp crôm ôxit mỏng, đặc, tự lành, giống cách nhôm làm. Phần sắt trong inox vì thế được che kín.
Nhưng "không gỉ" chỉ là "rất khó gỉ". Inox loại rẻ, ít crôm, ít niken, dùng ở nơi có muối hay chất tẩy chứa clo vẫn có thể lấm chấm gỉ. Rửa chậu inox bằng búi sắt cũng có thể để lại mạt sắt thường bám trên bề mặt — những mạt này gỉ, trông như inox gỉ.
Tôn mạ kẽm: hy sinh để bảo vệ
Tôn lợp nhà, dây thép gai, ống nước thép thường mạ một lớp kẽm. Kẽm vừa che bề mặt, vừa đóng vai "vật tế thần": kẽm dễ bị ôxi hoá hơn sắt, nên ở chỗ trầy xước, kẽm xung quanh sẽ bị ăn mòn trước, sắt được tha. Nguyên lý này cũng được dùng để bảo vệ vỏ tàu biển bằng những khối kẽm gắn bên ngoài.
Bảng so sánh các kim loại quen trong nhà
| Kim loại | Lớp sinh ra khi ôxi hoá | Lớp đó bảo vệ được không | Dấu hiệu dễ thấy |
|---|---|---|---|
| Sắt, thép thường | Gỉ nâu đỏ, ôxit sắt ngậm nước | Không: xốp, bở, phình to | Mảng nâu bong tróc, ăn sâu |
| Nhôm | Nhôm ôxit trong suốt | Có: mỏng, đặc, tự lành | Bề mặt xỉn trắng, hiếm khi thủng |
| Inox | Crôm ôxit trong suốt | Có, trừ môi trường nhiều clo | Giữ bóng lâu; đôi khi chấm nâu |
| Kẽm (tôn mạ) | Lớp trắng xám | Có, và bảo vệ cả sắt bên dưới | Tôn ngả xám trắng theo năm |
| Đồng | Lớp nâu rồi xanh lục (gỉ đồng) | Có, khá bền | Tượng đồng ngoài trời ngả xanh |
| Vàng | Gần như không phản ứng | Không cần | Giữ màu hàng nghìn năm |
Hiểu lầm thường gặp
- "Nhôm không phản ứng với ôxi." Ngược lại, nhôm rất ham ôxi. Chính vì phản ứng quá nhanh nên lớp ôxit bảo vệ hình thành ngay tức thì.
- "Inox thì không bao giờ gỉ." Inox chống gỉ rất tốt chứ không tuyệt đối. Nước biển, nước tẩy chứa clo để lâu, hay mạt sắt bám vào đều có thể gây chấm gỉ.
- "Gỉ chỉ là chuyện bề mặt, cạo đi là xong." Gỉ ăn sâu, lỗ rỗ bên dưới vẫn chứa ẩm và muối. Phải cạo sạch tới kim loại sáng, rồi sơn chống gỉ thì mới bền.
- "Gỉ là do không khí." Không khí khô gần như không làm sắt gỉ. Thủ phạm chính là nước — đặc biệt độ ẩm cao kéo dài như mùa nồm miền Bắc hay hơi muối ven biển.
- "Đinh gỉ gây uốn ván." Gỉ không phải nguyên nhân; vi khuẩn uốn ván sống trong đất, bụi bẩn và hay bám trên vật cũ, bẩn. Bị đinh, sắt bẩn đâm sâu thì nên đi khám để được tư vấn tiêm phòng.
Tự quan sát / tự thử an toàn
Thí nghiệm kinh điển này chỉ cần đồ trong bếp và kiên nhẫn một tuần.
- Chuẩn bị bốn lọ thuỷ tinh có nắp và bốn cây đinh sắt mới (không mạ kẽm), lau sạch.
- Lọ 1 – để khô: đinh trong lọ khô, đậy kín.
- Lọ 2 – nước thường: đinh ngập nửa trong nước máy, để hở nắp.
- Lọ 3 – nước muối: như lọ 2 nhưng hoà một thìa muối ăn.
- Lọ 4 – nước đã đun sôi để nguội, phủ một lớp dầu ăn mỏng trên mặt rồi đậy nắp: nước đun sôi đã mất phần lớn ôxi hoà tan, lớp dầu ngăn không khí vào lại.
- Chụp ảnh mỗi ngày cùng giờ, cùng góc. Thường lọ 3 gỉ sớm và nhiều nhất, lọ 2 gỉ rõ nhất ở chỗ giáp mặt nước, lọ 1 và lọ 4 gỉ ít hơn hẳn.
Thêm một quan sát: lấy một vỏ lon nhôm và một cây đinh, cùng đặt ngoài hiên một tháng mùa mưa. Đinh nâu đỏ; lon chỉ hơi xỉn. Xong thí nghiệm, gói đinh gỉ vào giấy rồi bỏ rác, rửa tay.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao sắt bị gỉ?
Sắt gặp đồng thời ôxi và nước thì bị ôxi hoá thành ôxit sắt ngậm nước, màu nâu đỏ. Lớp gỉ xốp, bở và dễ bong nên không bảo vệ được phần sắt bên dưới, gỉ cứ ăn dần vào trong. Muối làm quá trình này nhanh hơn.
Vì sao nhôm không bị gỉ như sắt?
Nhôm cũng bị ôxi hoá, thậm chí nhanh hơn sắt, nhưng lớp nhôm ôxit sinh ra rất mỏng, đặc và bám chặt. Lớp này ngăn ôxi đi sâu vào trong và tự lành khi bị xước. Nhờ vậy đồ nhôm dùng được rất lâu.
Inox có bị gỉ không?
Có thể, dù khó. Inox chứa crôm tạo lớp ôxit bảo vệ, nhưng nước muối, chất tẩy chứa clo để lâu hoặc mạt sắt bám vào có thể gây chấm gỉ. Inox chất lượng thấp, ít crôm và niken dễ gặp chuyện này hơn.
Vì sao nhà gần biển sắt gỉ nhanh?
Gió biển mang hơi muối bám lên bề mặt kim loại. Nước có muối dẫn điện tốt hơn, làm quá trình ăn mòn điện hoá chạy nhanh hơn nhiều. Độ ẩm cao quanh năm ven biển cũng giữ bề mặt sắt luôn ướt.
Gỉ sắt là hiện tượng vật lý hay hoá học?
Là hiện tượng hoá học, vì sắt biến thành một chất mới là ôxit sắt, có màu, độ cứng và tính chất khác hẳn sắt. Không thể chỉ phơi khô hay mài để gỉ trở lại thành sắt.
