Узнайте о химии микробной коррозии, ее воздействии на материалы и методах защиты от микробной активности для увеличения долговечности.
- 94 [1]
- 3-й группы 7-го периода [1]
- семь аллотропных модификаций: α, β, γ, δ, δ', ε и ζ [1]
- степени окисления от +2 до +7, основные +4, +5, +6 [1]
- плотность от 19,8 (α-Pu) до 15,9 г/см³ (δ-Pu) [1]
- 244Pu, 240Pu, 239Pu и 238Pu [1]
- 1934 год (ошибочное сообщение группы Ферми об открытии элемента 94) [1]
- первый изотоп 239Np синтезирован в мае 1940 года [1]
- конец 1940 года (получение искусственного плутония-238) [1]
- СССР с 1946 года (создание предприятия по производству оружейного урана и плутония в Челябинске-40) [1]
- общее количество плутония в мире в 2003 году, 1239 тонн [1]
- первая ядерная бомба в мире в 1945 году (США) с использованием плутониевого заряда [1]
- первая атомная бомба СССР в 1949 году того же типа [1]
- номера CAS: 7440-07-5, 13981-16-3 (238Pu), 15117-48-3 (239Pu), 14119-33-6 (240Pu) [1]
- открытие плутония группой Калифорнийского университета под руководством Гленна Т. Сиборга с помощью циклотрона диаметром 60 дюймов [1]
- бомбардировка октаоксида триурана-238 дейтронами разогнанными до энергии от 14 до 22 МэВ через алюминиевую фольгу толщиной 0,002 дюйма (50,8 мкм) [1]
- дата первой бомбардировки, 14 декабря 1940 года [1]
- выдержка образцов, 2,3 суток [1]
- решающий эксперимент по окислению элемента с пероксиддисульфат-ионами и ионами серебра в качестве катализатора в ночь с 23 на 24 февраля 1941 года [1]
\[ ^{238}_{92}U(d,2n) \to ^{238}_{93}Np \to (\beta^-) ^{238}_{94}Pu \] [1]
- март 1941 года, бомбардировка 1,2 кг чистейшей соли урана в парафиновом блоке нейтронами на протяжении двух суток с получением примерно 0,5 мкг плутония-239 [1]
- дата экспериментов подтверждения делимости \(^{239}Pu\): 28 марта 1941 года [1]
---
- метод электрохимического исследования микробной коррозии низкоуглеродистой стали в нефтепромысловых водах с участием микроорганизмов; определение интенсивности микробных коррозионных процессов на фоне общей коррозионной агрессивности жидких сред систем добычи нефти; амперометрическое определение интенсивности процессов коррозии с установлением стационарных значений силы тока общей коррозии и фоновой небиологической составляющей; количественное определение биологической составляющей коррозионной агрессивности жидкой среды; увеличение скорости коррозии в диапазоне от \(1{,}5\) до \(3\) раз под воздействием микрофлоры нефтепромысловых биоценозов; формирование биопленок и биообразований микроорганизмами; преодоление высокого активационного барьера при переходе на новый режим растворения металла микроорганизмами для поддержания длительного жизненного цикла. [2]
---
Физико-химические закономерности микромицетной коррозии металлов:
- рН жидкого экссудата на поверхности металлов варьируется между \(7{,}5\) и \(11{,}0\); время появления экссудата и его количество зависят от природы металла и вида микромицета; эти параметры влияют на глубину коррозионных разрушений.
- выделение супероксидного аниона \(\mathrm{O}_2^{-}\) микромицетами зарегистрировано спектрофотометрически посредством реакции с нитросиним тетразолием (НСТ); контрольный опыт включает фермент супероксиддисмутазу (СОД).
- симбатность между способностью видов Fusarium moniliforme, Pénicillium ochro-chloron, Alternaría alternata выделять \(\mathrm{O}_2^{-}\) и их коррозионной активностью по отношению к цинку выявлена впервые.
- адсорбированные фенолы на поверхности цинка часто активируют процесс коррозии; подтверждается спектрофотометрической регистрацией продуктов окисления адреналина и \(3,5-\text{ди-трет-бутилпирокатехина}\), образующихся с участием \(\mathrm{O}_2^{-}\), выделяемого Alternaría alternata.
[3]
---
Микробная коррозия представляет собой сложный электрохимический процесс взаимодействия металлических поверхностей с биоценозами микроорганизмов. В основе лежит изменение термодинамических и кинетических параметров металл-жидкая среда вследствие активности бактерий и грибов. Микроорганизмы способны формировать биопленки, устойчивые структуры из клеток и полимеров на поверхности металла, которые существенно изменяют локальную химию интерфейса.
Амперометрический метод позволяет количественно отделить биологическую составляющую общего процесса коррозии за счёт измерения стационарных токов растворения металла. Это обеспечивает надежное определение интенсивности именно микробной коррозии при наличии других химических факторов агрессии среды[2].
Коррозионная активность нефтепромысловых биоценозов возрастает от \(1{,}5\) до \(3\) раз по сравнению с неконтролируемой средой без микроорганизмов[2]. Формирование биопленок приводит к созданию локальных зон дифференциального аэрирования и изменению потенциалов электрохимических реакций.
Важнейшим механизмом инициирования микробной коррозии считается участие супероксидного аниона \(\mathrm{O}_2^{-}\). Экспериментально показано образование этого радикала различными видами микромицетов. Их способность транспортировать \(\mathrm{O}_2^{-}\) во внеклеточную среду коррелирует с уровнем вызванного повреждения металлов[3]. Радикал \(\mathrm{O}_2^{-}\), обладая высокой реакционной способностью, способствует локальному окислению металлов.
На начальном этапе развития микромицетной коррозии на поверхности металлов наблюдается появление жидкой фазы, экссудата с рН от \(7{,}5\) до \(11{,}0\)[3]. Природа этого экссудата зависит от вида микроорганизма и химического состава металла. Значения pH выше нейтрального создают щелочную среду вокруг очагов поражения.
Адсорбция органических соединений фенольного типа усиливает электрокоррозионные процессы. Спектрофотометрические исследования подтвердили участие фенолов в активации начального этапа разрушения цинка через взаимодействие с супероксидным анионом[3]. Таким образом фенолы выступают как катализаторы окислительных реакций на поверхности металлических изделий.
Микроорганизмы преодолевают высокий активационный барьер перехода на новый режим растворения металла путем поддержания длительной активности метаболитов[2]. Это обеспечивает устойчивое развитие процесса даже при неблагоприятных внешних условиях.
Металлы различных групп проявляют разную чувствительность к микробному воздействию. В работах отмечается высокая степень повреждений для цинка, магния, кадмия, олова, висмута, свинца и никеля[3]. Особое внимание уделяется сталям марки \(12Х18Н10Т\) и оцинкованным сталям со слоем хромового покрытия ввиду их широкого промышленного применения.
Микробная коррозия является мультифакторным явлением: она не ограничивается действием одного вида бактерий или грибков[4]. Вместо этого наблюдается синергетический эффект биоценозов микроорганизмов различных таксонов. Биохимические процессы включают образование серной кислоты тиобактерами или азотистых кислот нитробактериями за счет последовательного окисления соединений азота[3].
Электрохимические методы исследования позволяют детально изучать макрокинетику процессов разрушения металлов под воздействием биоценозов. Изменение токовых кривых отражает перенос зарядов в системе металл/биопленка/электролит[2]. Эти данные имеют прикладное значение для разработки эффективных ингибиторов биокоррозии.
Суммарно понимание химических механизмов микробной коррозии требует интеграции данных физико-химических исследований активности радикалов (\(\mathrm{O}_2^{-}\)), роли органических метаболитов фенольного ряда и динамики формирования биопленок. Электрохимические методы предоставляют объективные количественные показатели интенсивности процесса наряду с морфологическими наблюдениями.
Результаты таких исследований критичны для нефтегазовой отрасли и других промышленных сфер. Они позволяют прогнозировать скорость повреждений конструкций из низкоуглеродистой стали в агрессивных условиях нефтепромысловых вод[2], а также вырабатывать технологические решения по борьбе с микробиальной коррозией.
Химия микробной коррозии опирается на комплексное взаимодействие биоактивных метаболитов микроорганизмов со структурой металлов через электрохимические механизмы. Ключевыми факторами являются образование супероксидного аниона \(\mathrm{O}_2^{-}\), влияние адсорбированных фенолов и формирование биопленок со всеми вытекающими изменениями локальных условий взаимодействия металл/среда. Методики амперометрического контроля позволяют выявлять вклад биологических компонентов в общую скорость разрушения конструкционных материалов.
Понимание этих процессов лежит в основе разработки новых подходов к защите оборудования от биокоррозионных повреждений при эксплуатации в сложных технологических условиях.
Создаётся краткое изложение…