Bài 22: Sự ăn mòn kim loại

I. Ăn mòn kim loại

1. Khái niệm

Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của các chất trong môi trường, trong đó kim loại bị oxi hóa.

Ví dụ:

- Thép để lâu ngoài không khí ẩm thường tạo thành gỉ sắt có màu nâu đỏ.

- Vật bằng đồng để lâu trong tự nhiên có thể tạo thành gỉ đồng màu xanh.

2. Các dạng ăn mòn kim loại trong tự nhiên

a) Ăn mòn hóa học

- Khi để kim loại trong không khí, có thể xảy ra hiện tượng ăn mòn hóa học.

- Nguyên nhân: Xảy ra phản ứng oxi hóa – khử trực tiếp giữa kim loại với các chất oxi hóa có trong môi trường.

Ví dụ: Bộ phận của thiết bị lò đốt bằng sắt bị ăn mòn bởi khí oxygen

3Fe(s) + 2O₂(g) ^{\(\underrightarrow{t^o}\)} Fe₃O₄(s)

b) Ăn mòn điện hóa

- Sự ăn mòn điện hóa kim loại xảy ra khi có sự tạo thành pin điện.

Ví dụ: Sự ăn mòn điện hóa kim loại trong không khí ẩm.

Trong không khí ẩm, trên bề mặt của gang, thép luôn có một lớp nước mỏng đã hòa tan khí O₂ và CO₂ tạo thành dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) cùng tiếp xúc với dung dịch đó, tạo nên vô số pin điện hóa rất nhỏ mà cathode là sắt, anode là carbon.

+ Ở anode, xảy ra quá trình oxi hóa:

Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e

+ Ở cathode, xảy ra quá trình khử:

\(\dfrac{1}{2}\)O₂(g) + H₂O(l) + 2e → 2OH^-(aq)

Fe²⁺ tiếp tục bị oxi hóa bởi O₂ không khí, tạo thành gỉ sắt có thành phần chính là Fe₂O₃.nH₂O.

- Điều kiện của quá trình ăn mòn điện hóa:

+ Hai điện cực khác nhau về bản chất, có thể là hai kim loại khác nhau hoặc một kim loại và một phi kim.

+ Hai điện cực tiếp xúc với nhau trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua dây dẫn điện.

+ Hai điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

II. Chống ăn mòn kim loại

1. Phương pháp điện hóa

Nguyên tắc: Gắn kim loại cần bảo vệ lên một kim loại khác hoạt động hóa học mạnh hơn. Khi đó, kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn bị ăn mòn.

Ví dụ: Để bảo vệ tàu biển làm bằng thép, người ta gắn các tấm kẽm lên vỏ tàu (phần chìm dưới nước). Lúc này, kẽm hoạt động hóa học mạnh hơn sắt nên sẽ bị ăn mòn thay cho sắt.

2. Phương pháp phủ bề mặt

- Nguyên tắc: Ngăn kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường.

+ Phủ kim loại cần bảo vệ bằng các kim loại khác không gỉ như Au, Sn, Zn.

Ví dụ: Vỏ đồng hồ mạ vàng; tráng thiếc lên lá thép (sắt tây); tráng kẽm lên lá thép (tôn).

+ Phủ kim loại cần bảo vệ bằng các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ như sơn, dầu, mỡ,...

Ví dụ: Các đồ vật bằng sắt thường được sơn hoặc tra dầu, mỡ.