Vrchné časti mnohých našich kostolov a veží, tzv. helmice, majú pekné zelené sfarbenie. Na niektorých túto zelenú farbu strieda menej vábna hnedá alebo dokonca čierna. V prípade, že ich celý povrch má rovnomerné zelené sfarbenie, môžeme získať dojem, že ide o farbu. Zväčša sú to však vrchné korózne vrstvy na medených plechoch.
Najbežnejším typom korózie, s ktorou sa stretávame na každom kroku, je korózia železa. Tá takmer vždy vedie k hrdzi, ktorú tvorí hydratovaná forma oxidu železitého (Fe2O3·nH2O), resp. oxido-hydroxid železa – FeO(OH). Hrdza má spravidla žltohnedé alebo červenohnedé sfarbenie. Ako je teda možné, že korózia medi vedie k takým odlišným farbám?
Jednoduché vysvetlenie
Korózia medi nesmeruje k takmer rovnakému produktu tak ako pri železe, ale k niekoľkým. Niektoré z nich sú totožné bez ohľadu na prostredie, ktorému je meď vystavená, a niektoré sú výsledkom jeho variability. Vzduch v rôznych častiach sveta môže obsahovať rôzne látky v stopových množstvách a prirodzene aj v rôznych koncentráciách. Tie sa navyše menia aj v čase. Bolo by naivné sa domnievať, že boli rovnaké počas niekoľkých storočí existencie starých stavieb, ale aj v oveľa kratšom horizonte niekoľkých rokov.
Napríklad na Slovensku, ale tiež v iných európskych krajinách, došlo iba v tomto storočí k výraznému zlepšeniu čistoty vzduchu v dôsledku obmedzovania priemyselných a komunálnych exhalátov. Ak sa v súčasnosti prechádzame napríklad po uliciach krásnych banských miest, už málokomu asi napadne, že žiť v nich bolo v čase intenzívnej banskej a hutníckej činnosti veľmi nepríjemné pre vysokú koncentráciu rôznych exhalátov. Z nich asi najintenzívnejšie zapáchal oxid siričitý vznikajúci pri spracovaní sulfidických rúd, z ktorých sa vyrába aj meď.
Paleta látok
Korózia medi je pomerne široká téma, no ak sa sústredíme iba na koróziu medených strešných krytín, tak sa výrazne zužuje. Vo všeobecnosti koróziu medi urýchľujú amoniak (NH3), chlór, oxidy síry, vodné roztoky chloridu sodného a niektoré látky s oxidačnými účinkami vrátane kyselín a ozónu. Paleta týchto látok sa rozširuje o ďalšie v dôsledku prvotnej oxidácie medi kyslíkom.
Ako prvý výsledok korózie medi vo vzdušnej atmosfére je vznik tenkej čiernej vrstvy oxidu meďného (Cu2O). Tento oxid sa v prírode nachádza vo forme minerálu kuprit, ktorý je červený. Táto vrstva má zvyčajne hrúbku 10 až 15 µm a je pomerne kompaktná, čím zabraňuje postupu ďalšej korózie. Naopak, jej povrch je skôr pórovitý s veľkým merným povrchom. Tým sa zvyšuje rýchlosť interakcie tejto vrstvy s vodou a so stopovými zložkami vzduchu, ktoré sú v nej rozpustené. Oxidáciou vrstvy sa vytvára aj čierny oxid meďnatý a najmä vrstva, ktorej chemické zloženie vyjadruje vzorec Cu4SO4(OH)6 prislúchajúci minerálu brochantit. Tiež môže byť v menšej miere zastúpený jeho hydrát Cu4(SO4)(OH)6·H2O. V prírode je to veľmi zriedkavý minerál posnjakit, pričom táto vrstva je už zelená. Jej hrúbka sa môže pohybovať od niekoľkých jednotiek až po desiatky mikrometrov. Aj od nej závisí sýtosť koróznej vrstvy, teda patiny.
Síra v brochantite má primárny pôvod predovšetkým v oxide siričitom (SO2). Jeho zdrojov je mnoho. Predovšetkým ho vytvárajú spaľovanie fosílnych palív, požiare, metalurgická výroba a taktiež je výsledkom vulkanickej činnosti. V malej miere dochádza vo vzduchu aj k oxidácii oxidu siričitého na oxid sírový. V oboch prípadoch koróziu spôsobujú najmä kyslé dažde, čo sú zriedené roztoky kyselín vznikajúcich z týchto látok a menej aj z oxidov dusíka.
V prímorských oblastiach
Na rozdiel od vnútrozemských oblastí vzduch v prímorských oblastiach obsahuje zložky morskej soli, v ktorej hlavnou je chlorid sodný (NaCl). Medené povrchy s ním dochádzajú do styku vo forme roztoku v kvapôčkach aerosólov. Preto v týchto oblastiach korodujú inak. Vrstva vnútrozemského brochantitu je nahradzovaná vrstvou, ktorej zloženie vyjadruje vzorec Cu2Cl(OH)3. Ten prislúcha minerálu atacamit a jeho trom polymorfným modifikáciám – botallackitu, klinoatacamitu a paratacamitu. Všetky sú zelené, prípadne modrozelené. Najčastejším koróznym minerálom je atacamit. Už bez ohľadu na to, v akých oblastiach ku korózii medi dochádza, často sa dajú v medenej patine dokázať aj malé množstvá zeleného malachitu. Ten vzniká v dôsledku priamej oxidácie medi za spoluúčasti vzdušného oxidu uhličitého, ktorý je vo vzduchu prítomný vždy.
Prečo práve meď
Pri pohľade na strechy budov historických častí našich miest z vtáčej perspektívy vidíme, že prevažujúcu červenú farbu strešných škridiel často ozvláštňujú práve zelené strechy. Tie jasne poukazujú na to, že sú vyrobené z medených plechov. Otázka je, prečo sa na týchto strechách používala meď a nie iný kov. Táto otázka je namieste v súvislosti s predchádzajúcimi informáciami o korózii medi, ale zároveň súvisí aj s tým, že cena medi bola vždy vysoká.
Dôvodov využívania medených plechov je niekoľko. Najskôr si však treba uvedomiť, že na rozdiel od súčasnosti, keď máme k dispozícii množstvo relatívne lacných strešných krytín, v minulosti to tak nebolo. Nebolo si veľmi z čoho vybrať. Využívali sa predovšetkým horľavá slama, drevené šindle a nehorľavé keramické škridly. Vo výrazne menšej miere sa u nás používali aj ploché doštičky z bridlice. Nevýhodou škridiel je, že sú ťažké. Preto je pre ne nutný masívny krov. Navyše z nich nemožno vytvárať oblé tvary kostolných a vežových helmíc. Za zmienku stojí, že šindľové kupoly, ktoré poznáme z našich drevených kostolíkov, boli pre veľké kostoly neprijateľné z dôvodu vysokého požiarneho rizika. Preto sú vzácne veľké drevené kostoly s drevenou strechou, ako je napríklad evanjelický artikulárny kostol pri Svätom Kríži.
Ďalšie výhody
Výhod medi, ktoré kompenzovali jej vysokú cenu, je niekoľko. Ako mäkký kov je tvárna, takže z nej možno klampiarsky vytvárať zaoblené tvary z menších dielov, ktoré sa dajú spojiť napríklad spájkovaním. Práve v tomto prípade sa ukázalo, že jej historicky najväčšiu nevýhodu, nízku pevnosť, ktorú sa podarilo prekonať až v jej zliatine bronz, dokázali ľudia dobre využiť.
Meď je nehorľavá, čím sa výrazne znížilo riziko požiaru, a má ešte jednu nespochybniteľnú výhodu, ktorá hrá významnú úlohu do súčasnosti. Je to jej vysoká estetická hodnota ako v jej neskorodovanom, tak často aj skorodovanom stave. Na tomto mieste je dobré pripomenúť, že helmice sakrálnych a iných podobných stavieb sú ich najatraktívnejšími a zďaleka najviditeľnejšími ozdobami. Preto sa pri ich stavbe často nešetrilo ani v časoch, keď už za ne bola lacnejšia náhrada. Ďalšou významnou vlastnosťou medených strešných krytín je ich trvanlivosť. Tá súvisí so spomenutou prvotnou koróznou vrstvou, ktorá chráni jej povrch pred postupom ďalšej korózie. Pri tom vidíme zásadný rozdiel v porovnaní s devastačnou koróziou železa a jeho zliatin spôsobenou tým, že hrdza má pórovitú štruktúru zadržujúcu vodu, čím sa výrazne predlžuje jej kontakt s neskorodovaným železným povrchom. Pórovitá štruktúra hrdze navyše spôsobuje jej odlupovanie. Diskvalifikáciou železných plechov pre strešné krytiny boli v minulosti najmä chýbajúce metódy ich antikoróznej ochrany.
Trvanlivosť medených striech je rôzna. V optimálnom prípade môžu vydržať bez vážneho poškodenia aj niekoľko storočí, ale všeobecne sa odhaduje na 60 až 100 rokov bez údržby. Tieto strechy ako najvyššie časti donedávna aj najvyšších budov miest sú vystavené extrémnym poveternostným podmienkam. Najmä silný vietor, zmeny teplôt a zásahy bleskami majú za následok vznik mikrotrhlín, ktoré majú tendenciu neustále sa zväčšovať a tak znižovať životnosť medenej krytiny.
Text a foto prof. Ing. Karol Jesenák, CSc.
Dovoľujem si úprimne poďakovať Ing. Jánovi Kresanovi za poskytnutie informácií o obnove Michalskej veže v Bratislave.
