Sự ăn mòn kim loại

 

I – KHÁI NIỆM

Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường 

M → Mⁿ⁺ + ne

II – HAI DẠNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành hai dạng chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa

1. Ăn mòn hóa học

- Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại phản ứng trực tiếp với các chất oxi hóa trong môi trường (các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường) và không có xuất hiện dòng điện
Ví dụ: 
                                    3Fe + 4H₂O Fe₃O₄ + 4H₂ 
                                    2Fe + 3Cl₂  2FeCl₃ 
                                    3Fe + 2O₂  Fe₃O₄

2. Ăn mòn điện hóa học

Ăn mòn điện hóa học là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên

a) Khái niệm về ăn mòn điện hóa học
Vậy ăn mòn điện hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm sang cực dương. 
b) Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học: đồng thời cả 3 điều kiện sau
- Các điện cực phải khác nhau về bản chất. Có thể là cặp hai kim loại khác nhau, kim loại – phi kim hay kim loại – hợp chất. Kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn là cực âm 
- Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn 
- Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li 
c) Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm 
- Gang, thép là hợp kim Fe – C gồm những tinh thể Fe tiếp xúc trực tiếp với tinh thể C (graphit) 
- Không khí ẩm có chứa H₂O, CO₂, O₂…tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép làm xuất hiện vô số pin điện hóa mà Fe là cực âm, C là cực dương.

- Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe → Fe²⁺ + 2e 
- Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H⁺ + 2e → H₂ và O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^- 
- Tiếp theo:       Fe²⁺ + 2OH^- → Fe(OH)₂ 
                        4Fe(OH)₂ + O_2(kk) + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ 
- Theo thời gian Fe(OH)₃ sẽ bị mất nước tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe₂O₃.xH₂O

3. So sánh sự ăn mòn hóa học và sự ăn mòn điện hóa học

 Phân loại

Sự ăn mòn hóa học 

Sự ăn mòn điện hóa học 

 Điều kiện xảy ra ăn mòn

 Thường xảy ra ở những thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi

- Các điện cực phải khác nhau, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại - phi kim hoặc cặp kim loại - hợp chất hóa học (như Fe3C). Trong đó kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ là cực âm.
- Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn, các điện cực phải tiếp xúc với dung dịch chất điện li.

Cơ chế của sự ăn mòn 

 Thiết bị bằng Fe tiếp xúc với hơi nước, khí oxi thường xảy ra phản ứng:
3Fe + 4H₂O  Fe₃O₄ + 4H₂↑
3Fe + 2O₂  Fe₃O₄

 - Sự ăn mòn điện hóa một vật bằng gang (hợp kim Fe - C)(hoặc thép) trong môi trường không khí ẩm có hòa tan khí CO₂, SO₂, O₂... sẽ tạo ra một lớp dung dịch điện li phủ bên ngoài kim loại.
- Tinh thế Fe (cực âm), tinh thể C là cực dương.
Ở cực dương: xảy ra phản ứng khử:
2H⁺ + 2e → H₂ ; O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^-
Ở cực âm: xảy ra phản ứng oxi hóa: 
Fe → Fe²⁺ + 2e
Những Fe²⁺ tan vào dung dịch chứa oxi → Fe³⁺ và cuối cùng tạo gỉ sắt có thành phần Fe₂O₃.nH₂O

 Bản chất của sự ăn mòn

 Là quá trình oxi hóa - khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường, ăn mòn xảy ra chậm

 Là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng điện.
Mòn điện hóa xảy ra nhanh hơn ăn mòn hóa học.

III – CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

1. Phương pháp bảo vệ bề mặt

Phương pháp bảo vệ bề mặt là phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng, mạ bằng một kim loại khác. Nếu lớp bảo vệ bị hư, kim loại sẽ bị ăn mòn 
Ví dụ: Sắt tây là sắt tráng thiếc dùng làm hộp đựng thực phẩm vì thiếc là kim loại khó bị oxi hóa ở nhiệt độ thường, màng oxit thiếc mỏng và mịn cũng có tác dụng bảo vệ thiếc và thiếc oxit không độc lại có màu trắng bạc khá đẹp. Thiếc là kim loại mềm, dễ bị sây sát. Nếu vết sây sát sâu tới lớp sắt bên trong thì sẽ xảy ra ăn mòn điện hóa học, kết quả là sắt bị ăn mòn nhanh

 2. Phương pháp điện hóa

Phương pháp bảo vệ điện hóa là dùng một kim loại có tính khử mạnh hơn làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại. Vật hi sinh và kim loại cần bảo vệ hình thành một pin điện, trong đó vật hi sinh đóng vai trò cực âm và bị ăn mòn 
Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn chặt những tấm kẽm vào phần vỏ tàu ngâm trong nước biển. Vì khi gắn miếng Zn lên vỏ tàu bằng thép sẽ hình thành một pin điện, phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá Zn là cực âm và bị ăn mòn theo cơ chế: 
- Ở anot (cực âm): Zn → Zn²⁺ + 2e 
- Ở catot (cực dương): 2H₂O + O₂ + 4e → 4OH^- 
Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ, Zn là vật hi sinh, nó bị ăn mòn.

Phi kim loại có bị ăn mòn bởi muối và axit không ?

-  Có.

- Vì sự khác biệt tiềm năng điện, cơ chế chuyển điện tích giữa các dây dẫn,