Lý thuyết về sự ăn mòn kim loại đầy đủ chi tiết nhất

Trong cuộc sống thường ngày, không khó để chúng ta bắt gặp một thanh sắt hay một vật kim loại nào đó bị gỉ. Vậy bạn đã bao giờ đặt câu hỏi là tại sao chúng lại bị gỉ chưa? Bài học ngày hôm nay, HocThatGioi sẽ giúp các bạn giải đáp các thắc mắc đó thông qua hiện tượng ăn mòn kim loại. Vậy hiện tượng ăn mòn kim loại là gì và làm sao để phòng chống sự ăn mòn kim loại? Cùng HocThatGioi đi vào tìm hiểu ngay nhé!

1. Khái niệm sự ăn mòn kim loại

Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của môi trường xung quanh.

Phân loại: Ăn mòn kim loại gồm ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

1.1 Ăn mòn hóa học

• Nguyên nhân: do kim loại có phản ứng hóa học trực tiếp với các chất ở môi trường xung quanh.
• Điều kiện: kim loại được đặt trong môi trường có chứa chất oxi hóa mà kim loại có thể tham gia phản ứng thường là chất khí, hơi nước, dung dịch axit...
• Bản chất: là phản ứng oxi hóa – khử trong đó kim loại đóng vai trò chất khử. Electron chuyển trực tiếp từ kim loại vào môi trường.

1.2 Ăn mòn điện hóa

1.2.1 Khái niệm

Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện.

1.2.2 Điều kiện xảy ra sự ăn mòn điện hóa

• Có 2 điện cực khác nhau về bản chất (kim loại + kim loại; kim loại + phi kim; kim loại + hợp chất).
• 2 điện cực phải được tiếp xúc điện với nhau.
• 2 điện cực cùng được tiếp xúc với dung dịch chất điện li (không khí ẩm).

Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm: Sự ăn mòn điện hóa học các hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm có ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng đối với nền kinh tế của các quốc gia.

• Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe → Fe^{2+} + 2e
• Ở cực dương xảy ra sự khử: O_2 + 2H_2O + 4e → 4OH^-

Ion Fe^{2+} tan vào dung dịch chất điện li có hòa tan khi oxi. Tại đây, ion Fe^{2+} tiếp tục bị oxi hóa dưới tác dụng của ion OH^- tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe_2O_3.nH_2O

1.2.3 Cơ chế của quá trình ăn mòn điện hóa

• Kim loại mạnh đóng vai trò là cực âm (anot).

• Kim loại yếu hơn hoặc phi kim đóng vai trò cực dương(catot).

• Tại cực âm, kim loại mạnh bị ăn mòn (bị oxi hóa): M → M^{n+} + ne

• Tại cực dương, môi trường bị khử:

Môi trường axit: 2H^+ + 2e → H_2 .

Môi trường trung tính, bazơ: 2H_2O + O_2 + 4e → 4OH^-.

(phản ứng phụ): M^{n+} + nOH^- → M(OH)_n (tạo gỉ)

1.2.4 Bản chất của ăn mòn điện hóa

Là sự oxi hóa kim loại ở cực âm và sự khử môi trường ở cực dương. Electron được chuyển từ kim loại mạnh sang kim loại yếu (hoặc phi kim) rồi vào môi trường.

2. Chống ăn mòn kim loại

Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn kim loại có thể sử dụng các phương pháp sau:

2.1 Phương pháp bảo vệ bề mặt

• Cách li kim loại với môi trường: sơn, mạ, tráng, nhúng nhựa…
• Dùng chất kìm hãm.
• Tăng khả năng chịu đựng: hợp kim chống gỉ.

2.2 Phương pháp điện hóa

Dùng kim loại mạnh hơn kim loại ở cực âm không tác dụng với nước gắn vào vật bị ăn mòn phần chìm trong dung dịch điện li (anot hi sinh).

Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn các lá Zn vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển (nước biển là dung dịch chất điện li). Phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá Zn là cực âm.

• Ở anot (cực âm): Zn bị oxi hóa Zn → Zn^{2+} + 2e
• Ở catot (cực dương): O_2 bị khử 2H_2O + O_2 + 4e → 4OH^-

Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ, Zn là vật hi sinh, nó bị ăn mòn. Nhưng tốc độ ăn mòn điện hóa của kẽm trong điều kiện này tương đối nhỏ và vỏ tàu được bảo vệ trong thời gian dài. Sau một thời gian nhất định, người ta thay những lá Zn bị ăn mòn bằng những lá Zn khác.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lý thuyết về sự ăn mòn kim loại đầy đủ chi tiết nhất. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!