Gỉ sét có thể xuất hiện ở mọi nơi quanh chúng ta. Trên xe đạp hay ô tô, mưa gió lâu ngày sẽ bào mòn khung và gầm xe. Những đường ống nước cũ thường bị ăn mòn từ bên trong, khiến nước chảy ra có màu nâu đỏ. Ngay trong nhà bếp, nước đọng quanh bồn rửa hay vòi nước dễ để lại các vết ố vàng cam khó tẩy...

Ở quy mô lớn hơn, gỉ sắt tấn công tàu biển và cầu thép có thể gây rò rỉ, dẫn đến sự cố nghiêm trọng và thiệt hại kinh tế lớn.

Gỉ sét hình thành như thế nào?

Gỉ sét là kết quả của một phản ứng hóa học gọi là oxy hóa. Khi bề mặt sắt hoặc thép tiếp xúc với nước (hoặc hơi ẩm) và oxy trong không khí, các nguyên tử sắt bắt đầu mất electron, giống như việc "bị rút năng lượng", còn oxy thì "chiếm" lấy những electron này. Sự kết hợp giữa sắt, oxy và nước tạo ra oxit sắt (Fe₂O₃), chính là lớp gỉ màu nâu đỏ quen thuộc.

Lớp gỉ này có cấu trúc xốp và dễ bong tróc, khiến nước và oxy tiếp tục len lỏi vào sâu bên trong, làm quá trình ăn mòn diễn ra liên tục. Đây cũng là lý do một vết gỉ nhỏ trên khung xe hay lan can có thể nhanh chóng lan rộng nếu không xử lý kịp thời.

Ngoài ra, môi trường có muối, như vùng biển hoặc khu vực dùng muối rải đường tan băng, sẽ khiến phản ứng oxy hóa diễn ra nhanh hơn nhiều lần, bởi muối làm tăng khả năng dẫn điện của nước, giúp electron di chuyển nhanh hơn trong quá trình ăn mòn.

Gây tốn hàng trăm tỉ USD mỗi năm

Gỉ sét không chỉ là vấn đề thẩm mỹ hay kỹ thuật, mà còn là gánh nặng kinh tế khổng lồ. Trên phạm vi toàn cầu, chi phí sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế các thiết bị, phương tiện và công trình bị ăn mòn ước tính lên tới hàng trăm tỉ USD mỗi năm.

Trong ngành giao thông, gỉ sét làm hư hỏng gầm ô tô, khung xe đạp, đường ray tàu hỏa, gây mất an toàn và rút ngắn tuổi thọ phương tiện.

Ở lĩnh vực công nghiệp, các đường ống dẫn dầu, dẫn nước hoặc bồn chứa khi bị ăn mòn có thể rò rỉ, gây gián đoạn sản xuất và thiệt hại về môi trường.

Với hạ tầng cầu đường và công trình biển, ăn mòn thép không được xử lý kịp thời có thể dẫn đến sập, đổ, hoặc phải đại tu tốn kém.

Theo nhiều nghiên cứu, chỉ riêng việc áp dụng tốt các biện pháp chống gỉ đã có thể tiết kiệm từ 15-35% chi phí bảo dưỡng và thay thế hằng năm, đồng thời giảm thiểu nguy cơ sự cố nghiêm trọng.

Cách chống gỉ sét hiệu quả

Nhờ hiểu rõ cơ chế hóa học của gỉ sét, con người đã tìm ra nhiều giải pháp để ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình ăn mòn. Một số biện pháp phổ biến gồm:

Sơn phủ bề mặt: Sơn hoạt động giống như một "chiếc áo mưa" cho kim loại. Lớp sơn ngăn không cho oxy và hơi ẩm tiếp xúc trực tiếp với bề mặt sắt thép, hai yếu tố không thể thiếu để gỉ hình thành. Chính vì vậy, từ khung cửa sắt, hàng rào, cho đến vỏ tàu hay dầm cầu, việc sơn phủ định kỳ vừa giúp tăng tuổi thọ vừa giữ được vẻ ngoài sáng mới.

Giữ vật dụng khô ráo: Ẩm ướt là "kẻ tiếp tay" cho gỉ sét. Đó là lý do các dụng cụ kim loại nên được cất giữ ở nơi khô ráo, thoáng khí, hoặc đi kèm các thiết bị hút ẩm. Với máy móc ngoài trời, việc che chắn khi mưa gió cũng giúp giảm nguy cơ ăn mòn.

Mạ kẽm: Kỹ thuật mạ kẽm tạo ra một lớp kim loại "hy sinh" phủ bên ngoài sắt. Kẽm sẽ bị oxy hóa trước, hình thành lớp kẽm oxit bền chắc, ngăn oxy và nước tiếp xúc với sắt bên dưới. Biện pháp này thường thấy ở các cột điện, khung thép xây dựng hoặc hàng rào ngoài trời.

Sử dụng thép không gỉ: Thép không gỉ là hợp kim của sắt với crom và một số kim loại khác. Khi tiếp xúc không khí, crom tạo lớp oxit crom siêu mỏng, mỏng hơn sợi tóc hàng trăm nghìn lần, nhưng lại vô cùng bền chắc và trong suốt. Đặc biệt, lớp màng này có khả năng "tự lành": nếu bị trầy xước, crom sẽ nhanh chóng phản ứng với oxy để tái tạo lớp bảo vệ. Nhờ đó, thép không gỉ được ứng dụng rộng rãi từ dao kéo, bồn rửa, cho đến các thiết bị y tế.

Bằng kính hiển vi điện tử truyền qua, các nhà khoa học có thể quan sát từng nguyên tử kim loại mất electron và bị oxy hóa. Ví dụ, nhôm khi gặp oxy hoặc hơi nước sẽ lập tức hình thành lớp oxit nhôm bền chắc, ngăn phản ứng tiếp diễn, khác hẳn sắt, vốn có lớp gỉ xốp khiến ăn mòn tiếp tục.

Nghiên cứu sâu về quá trình này giúp chế tạo vật liệu bền hơn, từ cầu đường, pin năng lượng cho tới máy bay an toàn hơn.

Tạo ra vật liệu mới bền như kim loại, dẻo như nhựa

Một nhóm nhà khoa học Mỹ vừa chế tạo thành công một loại vật liệu mới có độ bền như kim loại, độ trong suốt như thủy tinh và độ dẻo như nhựa, nhưng hoàn toàn không gây hại cho môi trường.