இரும்பு ஏன் துருப்பிடிக்கிறது? சென்னைக் கடற்காற்றும் பாம்பன் பாலமும் சொல்லும் பாடம்

மெரினா அருகே உள்ள வீடுகளின் இரும்புக் கதவுகள், உள்நாட்டு நகரங்களில் உள்ளவற்றைவிட விரைவில் செம்பழுப்பு நிறமாக மாறுவதைக் கவனித்திருக்கிறீர்களா? கடற்கரையில் நிறுத்தப்படும் சைக்கிள் சங்கிலிகள் சில மாதங்களிலேயே கரகரக்கத் தொடங்குகின்றன. இது தற்செயல் அல்ல. இரும்புக்கும் காற்றுக்கும் தண்ணீருக்கும் இடையே தொடர்ந்து நடக்கும் ஒரு மெதுவான வேதிவினையின் விளைவு. உலகம் முழுவதும் அரிமானத்தைச் சரிசெய்யவும் தடுக்கவும் ஆண்டுதோறும் பெரும் தொகை செலவாகிறது.

துரு என்றால் என்ன?

இரும்பு (Fe) இயற்கையில் தனியாகக் கிடைப்பதில்லை. அது பூமியில் இரும்புத் தாதுவாக, அதாவது ஆக்சிஜனுடன் சேர்ந்த ஆக்சைடுகளாகவே இருக்கிறது. ஊதுலைகளில் (blast furnace) அதிக வெப்பத்தில் அந்த ஆக்சிஜனைப் பிரித்தெடுத்துத்தான் நாம் இரும்பைப் பெறுகிறோம். துருப்பிடிப்பது என்பது, இரும்பு மீண்டும் தன் இயற்கை நிலைக்கு, ஆக்சிஜனுடன் சேர்ந்த நிலைக்குத் திரும்ப முயல்வதுதான்.

வேதியியலில் ஒரு பொருள் எலக்ட்ரான்களை இழப்பதை “ஆக்சிஜனேற்றம்” (oxidation) என்கிறோம். துருப்பிடிக்கும்போது இரும்பு அணுக்கள் எலக்ட்ரான்களை இழந்து இரும்பு அயனிகளாகின்றன. அந்த எலக்ட்ரான்களைத் தண்ணீரில் கரைந்துள்ள ஆக்சிஜன் பெற்றுக்கொள்கிறது. பின்னர் இரும்பு அயனிகள் ஆக்சிஜனுடனும் தண்ணீருடனும் சேர்ந்து, நீரேறிய இரும்பு (III) ஆக்சைடு என்ற செம்பழுப்புப் பொருளாக மாறுகின்றன. அதுதான் துரு.

தண்ணீர் இல்லாமல் துரு இல்லை

வறண்ட காற்றில் இரும்பு மிக மெதுவாகவே துருப்பிடிக்கும். தண்ணீர்தான் இந்த வினைக்குப் பாதை அமைக்கிறது. இரும்பின் மேல் படியும் மெல்லிய ஈரப்படலம் ஒரு சிறு மின்கலம் (battery) போலச் செயல்படுகிறது. இரும்பின் ஒரு பகுதி எலக்ட்ரான்களை இழக்கிறது (அது “ஆனோடு”), மற்றொரு பகுதியில் ஆக்சிஜன் அந்த எலக்ட்ரான்களைப் பெறுகிறது (அது “கேத்தோடு”). இரண்டுக்கும் இடையே அயனிகள் நகர ஈரப்படலம் வழி தருகிறது. இதனால்தான் அரிமானத்தை வேதியியலாளர்கள் “மின்வேதியியல் வினை” (electrochemical reaction) என்கிறார்கள்.

ஒரு சுவாரசியமான விளைவு: பெரும்பாலும் துளை விழுவது ஆக்சிஜன் குறைவாகக் கிடைக்கும் இடங்களில்தான், அதாவது நீர்த்துளியின் நடுப்பகுதியிலோ, இரண்டு தகடுகள் சேரும் இடுக்கிலோ. அங்கே இரும்பு ஆனோடாக மாறிக் கரைகிறது. அதனால்தான் துரு பெரும்பாலும் திருகாணிகளைச் சுற்றியும் இணைப்புகளிலும் முதலில் தோன்றுகிறது.

உப்பு ஏன் துருவை வேகப்படுத்துகிறது?

தூய தண்ணீர் மின்சாரத்தை மோசமாகவே கடத்தும். கடல் நீரில் கரைந்துள்ள சோடியம், குளோரைடு அயனிகள் தண்ணீரை நல்ல மின்கடத்தியாக மாற்றுகின்றன. அதனால் அந்தச் சிறு மின்கலம் வேகமாக இயங்குகிறது. மேலும் குளோரைடு அயனிகள், உலோகத்தின் மேல் உருவாகும் பாதுகாப்புப் படலத்தைக் குறிப்பிட்ட இடங்களில் உடைத்து, ஆழமான குழிகளை (pitting) உண்டாக்குகின்றன.

கடற்கரை நகரங்களில் காற்றில் நுண்ணிய உப்புத் துகள்கள் மிதந்து வருகின்றன. அவை இரும்புப் பரப்பில் படிந்து, இரவுப் பனியுடன் சேர்ந்து உப்புக் கரைசலாகின்றன. சென்னை, தூத்துக்குடி, ராமேஸ்வரம் போன்ற இடங்களின் ஈரப்பதமான, உப்புக் காற்று சூழல் இரும்புக்குக் கடுமையானது. கட்டுமானப் பொறியாளர்கள் கடற்கரைக் கட்டடங்களுக்குக் கூடுதல் பாதுகாப்பு விதிகளைப் பின்பற்றுவதற்கு இதுவே காரணம்.

அலுமினியம் ஏன் துருப்பிடிப்பதில்லை?

அலுமினியமும் உண்மையில் ஆக்சிஜனுடன் வேகமாகச் சேர்கிறது. ஆனால் அது உருவாக்கும் அலுமினியம் ஆக்சைடு அடுக்கு மிக மெல்லியதாகவும், இறுக்கமாக ஒட்டிக்கொள்வதாகவும் இருக்கிறது. அது ஒரு கண்ணாடிப் போர்வை போல உள்ளே இருக்கும் உலோகத்தை மூடிப் பாதுகாக்கிறது. இரும்பின் துரு அப்படி அல்ல. அது கொப்பளித்து, உதிர்ந்து, கீழே இருக்கும் புதிய இரும்பை மீண்டும் காற்றுக்குத் திறந்துவிடுகிறது. அதனால் இரும்புப் பொருள் உள்வரை அரிக்கப்படுகிறது.

துருவைத் தடுப்பது எப்படி?

துருவைத் தடுப்பதற்கான எல்லா வழிகளும் ஒரே அடிப்படையில் இயங்குகின்றன: ஆக்சிஜனையும் தண்ணீரையும் இரும்பைத் தொடவிடாமல் தடுப்பது, அல்லது இரும்புக்குப் பதிலாக வேறொன்றை அரிக்கவிடுவது.

• வண்ணம், எண்ணெய், கிரீஸ்: இரும்பின் மேல் ஒரு தடுப்புப் படலம். சைக்கிள் சங்கிலிக்கு எண்ணெய் விடுவது, கதவுகளுக்கு வண்ணம் பூசுவது இதற்காகத்தான். படலத்தில் கீறல் விழுந்தால் அங்கிருந்து துரு தொடங்கும்.
• கால்வனைசிங் (துத்தநாகப் பூச்சு): இரும்பை உருகிய துத்தநாகத்தில் முக்கி எடுப்பது. கூரைத் தகடுகள், மின்கம்பங்கள், தண்ணீர்க் குழாய்கள் இப்படிச் செய்யப்படுகின்றன. இதன் சிறப்பு: பூச்சில் கீறல் விழுந்தாலும், துத்தநாகம் இரும்பைவிட எளிதில் எலக்ட்ரான்களை இழப்பதால், அது தானே அரிக்கப்பட்டு இரும்பைக் காக்கிறது.
• துருப்பிடிக்காத எஃகு (stainless steel): இரும்புடன் குறைந்தது சுமார் 10.5% குரோமியம் கலக்கப்பட்டது. குரோமியம் அலுமினியம் போலவே மெல்லிய, இறுக்கமான ஆக்சைடு அடுக்கை உருவாக்குகிறது. நம் சமையலறைப் பாத்திரங்கள் இதற்கு உதாரணம். ஆனால் கடல் நீரில் சில வகை எஃகும் குழி அரிப்புக்கு உள்ளாகலாம்; அதற்காக மாலிப்டினம் சேர்த்த தனி வகைகள் உண்டு.
• தியாக ஆனோடு (sacrificial anode): கப்பலின் அடிப்பகுதியிலும், கடலில் நிற்கும் தூண்களிலும் துத்தநாகம் அல்லது மெக்னீசியம் கட்டிகளைப் பொருத்துகிறார்கள். அவை இரும்புக்குப் பதிலாகத் தாமே அரிக்கப்படுகின்றன. அவ்வப்போது அவற்றை மட்டும் மாற்றினால் போதும். இதை “கேத்தோடு பாதுகாப்பு” (cathodic protection) என்கிறார்கள்.

பாம்பன் பாலம்: கடலுக்கு நடுவே ஒரு போராட்டம்

ராமேஸ்வரம் தீவை நிலப்பகுதியுடன் இணைக்கும் பழைய பாம்பன் ரயில் பாலம் 1914-இல் திறக்கப்பட்டது. உப்புக் காற்றும், அலைகளும், புயல்களும் நிறைந்த சூழலில் நூறு ஆண்டுகளுக்கு மேல் அது இயங்கியது. அதைப் பராமரிக்க தொடர்ந்து வண்ணம் பூசுவதும், அரிக்கப்பட்ட பாகங்களை மாற்றுவதும் தேவைப்பட்டது. அதை மாற்றிக் கட்டப்பட்ட புதிய பாம்பன் பாலத்தின் வடிவமைப்பில் கடல் சூழலுக்கேற்ற அரிமானத் தடுப்பு ஒரு முக்கியப் பொறியியல் சவாலாக இருந்தது. கடல் மேல் நிற்கும் ஒவ்வொரு உலோகக் கட்டமைப்புக்கும் துருவுக்கு எதிரான போராட்டம் நிரந்தரமானது.

டெல்லி இரும்புத் தூண்: 1,600 ஆண்டுகள் துருப்பிடிக்காமல்

டெல்லியின் மெஹ்ராலியில் உள்ள இரும்புத் தூண் சுமார் 1,600 ஆண்டுகள் பழமையானது என்று கருதப்படுகிறது. இவ்வளவு காலம் திறந்த வெளியில் நின்றும் அது பெரிதாகத் துருப்பிடிக்கவில்லை. இதை ஆய்வு செய்த ஐஐடி கான்பூர் விஞ்ஞானிகள், அந்த இரும்பில் உள்ள அதிகப் பாஸ்பரஸ் அளவு, மேற்பரப்பில் “மிசாவைட்” எனப்படும் மெல்லிய, பாதுகாப்பான அடுக்கு உருவாக உதவியது என்று விளக்கினர். டெல்லியின் ஒப்பீட்டளவில் வறண்ட காலநிலையும் உதவுகிறது. பண்டைய இந்தியக் கொல்லர்களின் உலோகவியல் திறனுக்கு இது ஒரு சான்று.