Derivati della chinazolinone come mitigatori adatti per l’inibizione della corrosione dell’acciaio al carbonio in ambiente di acido cloridrico

Perché proteggere i metalli di uso quotidiano è importante

Dalle carrozzerie delle automobili e i serbatoi di stoccaggio alle condotte petrolifere e agli scambiatori di calore, molte delle strutture metalliche che mantengono in funzione la vita moderna sono realizzate in acciaio al carbonio economico e resistente. Tuttavia, quando questo acciaio entra in contatto con acidi aggressivi usati per la pulizia e i processi industriali, può corrodersi rapidamente, indebolendo le attrezzature e aumentando i costi di manutenzione e sostituzione. Questo studio esplora due molecole organiche appena progettate che agiscono come scudi microscopici, formando un film protettivo sulle superfici d’acciaio per rallentare drasticamente questo tipo di danneggiamento.

Come l’acido corrode l’acciaio

La corrosione è essenzialmente il ritorno graduale del metallo al suo stato originario, simile al minerale. In soluzioni acide come l’acido cloridrico, ciò avviene tramite piccole reazioni elettriche sulla superficie dell’acciaio: alcune zone cedono atomi di metallo, mentre altre favoriscono la formazione di gas idrogeno. I processi industriali spesso si affidano ad acidi forti per rimuovere ruggine e incrostazioni, ma lo stesso acido attacca anche l’acciaio sottostante. Se non controllata, questa azione porta ad assottigliamento delle pareti, perdite e persino guasti catastrofici negli impianti industriali, con gravi conseguenze per la sicurezza e per l’economia.

Nuove molecole che funzionano come una pelle protettiva

I ricercatori si sono concentrati su due composti organici correlati, chiamati 4-OPB e 4-HPB, basati su uno scheletro chimico noto come chinazolinone. Queste molecole contengono vari atomi come azoto, ossigeno e zolfo che possono legarsi saldamente al ferro presente nell’acciaio. Aggiunte in quantità molto ridotte all’acido cloridrico, migrano dal liquido alla superficie metallica e si dispongono in un sottile strato compatto. I test di perdita di peso, in cui i campioni di acciaio vengono pesati prima e dopo l’immersione, hanno mostrato che questi composti possono ridurre la quantità di metallo perso di oltre il 90 percento a temperatura ambiente quando usati alla concentrazione massima testata.

Osservare lo scudo in azione

Per capire quanto funzioni quest’armatura microscopica, il team ha utilizzato tecniche elettrochimiche che monitorano quanto facilmente scorrono le correnti elettriche associate alla corrosione sulla superficie dell’acciaio. Sia il 4-OPB sia il 4-HPB hanno ridotto significativamente queste correnti, confermando che ostacolano sia le reazioni di dissoluzione del metallo sia quelle di formazione dell’idrogeno. Metodi di imaging come la microscopia elettronica a scansione e la microscopia a forza atomica hanno fornito un confronto visivo: l’acciaio lasciato in acido nudo appariva ruvido, crepato e fortemente puntinato, mentre l’acciaio protetto dagli inibitori risultava molto più liscio, con meno difetti. L’analisi chimica della superficie ha evidenziato segnali provenienti dagli elementi delle molecole inibitorie, ulteriore prova della formazione di un film protettivo.

Perché questi scudi aderiscono così bene

Oltre agli esperimenti, gli scienziati si sono avvalsi di simulazioni al computer per sondare come le molecole interagiscono con l’acciaio a livello atomico. Calcoli di chimica quantistica hanno suggerito che parti chiave delle molecole possono donare elettroni al metallo, accettandone anche in parte densità elettronica in cambio, creando uno strato fortemente legato chimicamente piuttosto che un semplice rivestimento fisico debole. Il modo in cui le molecole si dispongono in piano e ricoprono la superficie, previsto dalle simulazioni di Monte Carlo, corrisponde all’elevata protezione osservata in laboratorio. Una delle molecole, il 4-HPB, possiede un gruppo idrossilico in più che ne aumenta la densità elettronica, aiutandola a legarsi ancora più saldamente e rendendola leggermente più efficace del 4-OPB.

Cosa significa per le apparecchiature nel mondo reale

Lo studio dimostra che molecole organiche accuratamente progettate possono proteggere l’acciaio al carbonio dagli acidi aggressivi formando una barriera autosufficiente e robusta spessa solo pochi strati molecolari. In termini pratici, l’uso di piccolissime quantità di 4-OPB o 4-HPB potrebbe prolungare la vita utile delle attrezzature lavate con acidi, ridurre arresti non programmati e abbattere i costi. Poiché questi composti agiscono principalmente mediante un forte legame chimico alla superficie d’acciaio e seguono un modello di adsorbimento ben compreso, offrono anche un modello per progettare inibitori della corrosione di nuova generazione, più efficienti e più facilmente integrabili nei processi industriali esistenti, con un minore impatto ambientale.

Citazione: Al-Surmi, A.A., Shaaban, M.S., El-Mekabaty, A. et al. Quinazolinone derivatives as suitable mitigator for corrosion inhibition of carbon steel in hydrochloric acid environment. Sci Rep 16, 14152 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33549-8

Parole chiave: corrosione dell'acciaio al carbonio, inibitori della corrosione in ambiente acido, film molecolari protettivi, composti di chinazolinone, protezione dei metalli industriali