Perklorat korrosion och mars
Hej, jag har en fundering i ett forskningsprojekt och har svårt att hitta information, så tänkte chansa här om någon kan leda mig in på rätt spår då det var ett tag sedan jag läste kemi. Eller någon som har någon kunskap inom detta?
Man har upptäckt korrosionsskador på hjulen hos rymdfarkosterna som sänts till Mars, man vet även att det finns perklorater i marssanden, och enligt tidigare forskning verkar perkolerat (ClO4-) orsaka korrosionsskadorna. Dessutom har man kunnat påvisa klor och tror därför att perkolerat orsakar korrosionen. Jag undrar då hur reaktionen kan se ut för perkolerat, vilka bindningar kan brytas, och vad händer med syret? Bildas det syrgas, och med vilken kemisk analysteknik skulle man kvalitativt och kvantitativt kunna mäta det syre som bildas? För att undersöka detta närmare? Man behöver ju även tänka på att på mars är atmosfären 95% koldioxid, och därför vill vi även utföra experimenten i en så syrefrimiljö som möjligt. Springsteen kommer utsättas för perkolerat (Brine water) och då vill vi undersöka om det bildas syre samt vad som sker.
Så huvud funderingarna är:
- Hur kan man mäta eller påvisa syre vid korrosionsförsöken? Vilka metoder finns?
- Vad sker kemiskt med perkolerat?
Perkloratjonen är ett oxidationsmedel eftersom kloratomen har så högt oxidationstal, +7. Maximalt kan detta klor reduceras till -1 vilket då innebär att det bildar en kloridjon.
ClO4- -/-> Cl-
Detta kan man balansera som
ClO4- + 8H+ + 8e- -/-> Cl- + 4H2O
Elektronerna kommer från det som oxideras, i detta fall metallatomerna i hjulen.
Perkloratjonen är ett ganska avancerat oxidationsmedel och det kan bilda många olika species beroende på omständigheterna (pH, redoxnivå etc.). Det behöver inte nödvändigtvis bildas kloridjoner, utan det kan även bildas klorater, hypokloritjoner, klorgas m.m.
Okej tack! Det förstod jag.
Har du några idéer på hur man experimentellt analytiskt kan mäta vad som bildas under kontrollerade förhållanden. Vi kan påvisa Cl- med EDS analys. Men finns andra metoder för att mäta t.ex syrgas och vilka produkterna blir av redoxreaktionen som avges från Springsteel? Det kommer troligen vara relativt små koncentrationer, men jag har nästan inga begränsningar för utrustning så tar gärna emot alla idéer. Uppgiften är att ta fram en metod för att undersöka dessa fenomen som jag beskrivit.
Vad för analys är EDS? Det associerar jag till SEM-EDS men det är nog inte vad du menar. Det bildas ingen syrgas, så det är svårt att föreslå metoder för något som inte bildas. Men i allmänhet när det gäller gaser är väl gaskromatografi något man kan titta på.
Du kan även överväga X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS). Och Auger Electron Spectroscopy (AES), som är en variant av EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy).
Spektroskopiska metoder är nog att föredra, och brukar inte anses vara "materialförstörande", d.v.s. materialet du samlar data ifrån förstörs/förbrukas inte under mätandet.
(Det är i och för sig en sanning med modifikation, för bestrålningen leder till att energi överförs och kan leda till jonisering etcetera så mikroskopiska förändringar kan ske, men det går att mäta från ett objekt yta utan att det förstörs/förbrukas. Motsvarande att mätning görs från ytan av ett fossil, jämfört med om material borras bort från fossilen, och löses, för att materialets sammansättning sedan bestäms.)
Teraeagle skrev:Vad för analys är EDS? Det associerar jag till SEM-EDS men det är nog inte vad du menar. Det bildas ingen syrgas, så det är svårt att föreslå metoder för något som inte bildas. Men i allmänhet när det gäller gaser är väl gaskromatografi något man kan titta på.
Jo jag menar samma sak. EDS står för elementar detection via elektron X-ray spectroscopy och det användes i tidigare forskning för att undersöka effekterna av korrosion. Resultaten från EDS analysen påvisade oxidation av stålet med natriumperklorat och visade även att klorjoner fanns. I rapporten står det såhär:
"From the surface analysis (SEM-EDS), it was clear that Cl was present in the steel surface material after the wear process in brine, and therefore the corrosion risk should be further investigated."
En annan källa skriver såhär: "Oxygen was one of the most abundant gases released during thermal analysis of materials at Curiosity’s Rocknest site. Its release was correlated with the release of chlorinated hydrocarbons.28. This O2/Cl correlation makes a strong case for the presence of chlorine in the form of perchlorates. "
Behövs inte syret för oxidationen?
I en artikel från NASA. skriver de dessa reaktioner, och jag tolkar det som att syrgas kan avges vid korrosionen då?
Jag har också funderat på gaskromatografi. Men vet inte om trycket kommer vara tillräckligt högt för att kunna mäta, då det troligtvis handlar om små mängder gas som avges. Jag tänkte även ifall man kan använda någon indikator som kan påvisa ifall syre bildas, men känner inte till några eller hur det skulle gå till.
Tack @mag1 jag ska kolla närmare på de föreslagna spektroskopiska metoderna om de kan vara ett alternativ.
Teraeagle skrev:Perkloratjonen är ett oxidationsmedel eftersom kloratomen har så högt oxidationstal, +7. Maximalt kan detta klor reduceras till -1 vilket då innebär att det bildar en kloridjon.
ClO4- -/-> Cl-
Detta kan man balansera som
ClO4- + 8H+ + 8e- -/-> Cl- + 4H2O
Elektronerna kommer från det som oxideras, i detta fall metallatomerna i hjulen.
Perkloratjonen är ett ganska avancerat oxidationsmedel och det kan bilda många olika species beroende på omständigheterna (pH, redoxnivå etc.). Det behöver inte nödvändigtvis bildas kloridjoner, utan det kan även bildas klorater, hypokloritjoner, klorgas m.m.
Hur kan man veta vilka olika typer av species som bildas? Kan du skriva några olika reaktioner som kan ske?
Vilka artiklar läser du? Blir svårt att svara på frågorna när vi inte känner till hela bakgrunden.
Teraeagle skrev:Vilka artiklar läser du? Blir svårt att svara på frågorna när vi inte känner till hela bakgrunden.
Jag har främst läst dessa artiklar hitills:
Brine-Induced Tribocorrosion Accelerates Wear on Stainless Steel: Implications for Mars Exploration: https://www.researchgate.net/publication/357377267_Brine-Induced_Tribocorrosion_Accelerates_Wear_on_Stainless_Steel_Implications_for_Mars_Exploration
Corrosion on Mars från NASA: https://ntrs.nasa.gov/citations/20180001276
Transient liquid water and water activity at Gale crater on Mars: https://www.nature.com/articles/ngeo2412
Skulle man kunna mäta spänning (elektrodpotential) för att karaktärisera vad som bildas? Jag tänker det är rätt mycket elektrokemi inblandat? Är det tillräckligt specifikt för ämnen?
Jag tänkte man kunde utgå från detta schema?
Bilden visar standard reduction potentials of oxychlorine species and the ox numbers of Cl on top of each species.
