Ένα φρεσκοκομμένο μήλο γίνεται καφέ, ένα φτερό ποδηλάτου σκουριάζει και μια χάλκινη δεκάρα ξαφνικά πρασινίζει. Τι κοινό έχουν όλα αυτά τα γεγονότα; Είναι όλα παραδείγματα μιας διαδικασίας που ονομάζεται οξείδωση.
Η οξείδωση ορίζεται ως η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων του οξυγόνου και όλων των διαφορετικών ουσιών με τις οποίες μπορεί να έρθουν σε επαφή, από μέταλλο έως ζωντανό ιστό. Τεχνικά, ωστόσο, με την ανακάλυψη των ηλεκτρονίων, η οξείδωση έφτασε να ορίζεται με μεγαλύτερη ακρίβεια ως η απώλεια τουλάχιστον ενός ηλεκτρονίου όταν αλληλεπιδρούν δύο ή περισσότερες ουσίες. Αυτές οι ουσίες μπορεί να περιλαμβάνουν ή όχι οξυγόνο. (Παρεμπιπτόντως, το αντίθετο της οξείδωσης είναι η αναγωγή — η προσθήκη τουλάχιστον ενός ηλεκτρονίου όταν οι ουσίες έρχονται σε επαφή μεταξύ τους.) Μερικές φορές η οξείδωση δεν είναι τόσο κακό, όπως στον σχηματισμό υπερανθεκτικού ανοδιωμένου αλουμινίου. Άλλες φορές, η οξείδωση μπορεί να είναι καταστροφική, όπως η σκουριά ενός αυτοκινήτου ή η αλλοίωση των φρέσκων φρούτων.
Συχνά χρησιμοποιούσαμε τις λέξεις οξείδωση και σκουριά εναλλακτικά, αλλά δεν αποσυντίθενται όλα τα υλικά που αλληλεπιδρούν με μόρια οξυγόνου σε σκουριά. Στην περίπτωση του σιδήρου, το οξυγόνο δημιουργεί μια αργή διαδικασία καύσης, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την εύθραυστη καφέ ουσία που ονομάζουμε σκουριά. Όταν συμβαίνει οξείδωση στον χαλκό, από την άλλη πλευρά, το αποτέλεσμα είναι μια πρασινωπή επικάλυψη που ονομάζεται οξείδιο του χαλκού. Το ίδιο το μέταλλο δεν αποδυναμώνεται από την οξείδωση, αλλά η επιφάνεια αναπτύσσει μια πατίνα μετά από χρόνια έκθεσης στον αέρα και το νερό.
Όταν περιλαμβάνει οξυγόνο, η διαδικασία της οξείδωσης εξαρτάται από την ποσότητα οξυγόνου που υπάρχει στον αέρα και τη φύση του υλικού που αγγίζει. Η αληθινή οξείδωση συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο – βλέπουμε μόνο τα αποτελέσματα μεγάλης κλίμακας καθώς το οξυγόνο προκαλεί τη διάσπαση των ελεύθερων ριζών στην επιφάνεια. Στην περίπτωση των φρέσκων φρούτων, η φλούδα συνήθως παρέχει ένα φράγμα κατά της οξείδωσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα περισσότερα φρούτα και λαχανικά φτάνουν σε καλή κατάσταση στο παντοπωλείο. Μόλις σπάσει το δέρμα, ωστόσο, τα μεμονωμένα κύτταρα έρχονται σε άμεση επαφή με τον αέρα και τα μόρια οξυγόνου αρχίζουν να τα καίνε. Το αποτέλεσμα είναι μια μορφή σκουριάς που βλέπουμε ως καφέ κηλίδες ή κηλίδες.
Η οξείδωση μπορεί επίσης να είναι πρόβλημα για τους ιδιοκτήτες αυτοκινήτων, καθώς τα εξωτερικά στρώματα του χρώματος εκτίθενται συνεχώς στον αέρα και το νερό. Εάν το εξωτερικό φινίρισμα του αυτοκινήτου δεν προστατεύεται από επίστρωση κεριού ή πολυουρεθάνη, τα μόρια οξυγόνου στον αέρα θα αρχίσουν τελικά να αλληλεπιδρούν με το χρώμα. Καθώς το οξυγόνο καίει τις ελεύθερες ρίζες που περιέχονται στο χρώμα, το φινίρισμα γίνεται όλο και πιο θαμπό. Οι προσπάθειες αποκατάστασης μπορεί να περιλαμβάνουν την αφαίρεση πολλών στρωμάτων επηρεασμένης βαφής και την εκ νέου εφαρμογή ενός νέου στρώματος προστατευτικού. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επαγγελματίες λιανοπωλητές αυτοκινήτων συνιστούν να χρησιμοποιείται τουλάχιστον ένα στρώμα κεριού ή άλλου προστατευτικού υλικού κάθε φορά που πλένεται το αυτοκίνητο.
Το μυστικό της πρόληψης της οξείδωσης που προκαλείται από το οξυγόνο είναι η παροχή ενός στρώματος προστασίας μεταξύ του εκτεθειμένου υλικού και του αέρα. Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει μια επίστρωση κεριού ή πολυουρεθάνης σε ένα αυτοκίνητο, ένα στρώμα χρώματος σε μεταλλικά αντικείμενα ή έναν γρήγορο ψεκασμό ενός αντιοξειδωτικού, όπως ο χυμός λεμονιού, σε εκτεθειμένα φρούτα. Η καταστροφική οξείδωση δεν μπορεί να συμβεί εάν το οξυγόνο δεν μπορεί να διεισδύσει σε μια επιφάνεια για να φτάσει στις ελεύθερες ρίζες που ποθεί.
Αυτός είναι ο λόγος που ο ανοξείδωτος χάλυβας δεν σκουριάζει και ο συνηθισμένος χάλυβας σκουριάζει. Ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει μια λεπτή επίστρωση από άλλο μέταλλο που δεν περιέχει ελεύθερες ρίζες. Ο κανονικός χάλυβας μπορεί να βαφτεί για προστασία από την οξείδωση, αλλά το οξυγόνο μπορεί να εκμεταλλευτεί οποιοδήποτε άνοιγμα, όσο μικρό κι αν είναι. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μπορεί να βρείτε ένα βαμμένο μεταλλικό ποδήλατο ακόμα κατεστραμμένο από τη σκουριά.