Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. Ăn mòn điện hóa học chính là quá trình oxi hóa khử, trong đó kim loại bị ăn mòn bởi tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương.
Trên thực tế, ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi cặp kim loại hoặc hợp kim để ngoài không khí ẩm, hoặc nhúng vào trong dung dịch axit, dung dịch muối, trong nước không nguyên chất…
Ví dụ
- Kim loại tiếp xúc với không khí ẩm.
- Ống dẫn đặt trong lòng đất.
- Phần vỏ tàu biển chìm trong nước…
Có thể thấy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất.
Cơ chế của sự ăn mòn điện hóa
Ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. Ở cực âm xảy ra quá trình oxi hóa kim loại, ở cực dương xảy ra quá trình khử các ion [nếu dung dịch điện li là axit].
Gang hoặc thép là những hợp kim Fe-C, với cực âm là những tinh thể Fe, và cực dương là những tinh thể C. Khi các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và với một dung dịch điện li phủ ngoài. Như vậy thì vật bị ăn mòn sẽ theo kiểu điện hóa:
-
Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành. Cụ thể là các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có một lượng không khí oxi, tại đây thì chúng bị oxi hóa tiếp thành.
-
Ở cực dương: Các ion hiđro của dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, thì tại đây chúng sẽ bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li.
Điều kiện ăn mòn điện hóa
Bên cạnh việc nắm được điều kiện ăn mòn điện hóa thì nhiều người cũng quan tâm đến điều kiện xảy ra của hiện tượng này. Lý giải điều kiện ăn mòn điện hóa cũng là việc tìm hiểu trường hợp xảy ra ăn mòn điện hóa. Trong ăn mòn điện hóa xảy ra với các điều kiện sau:
-
Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là cặp 2 kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại với phi kim,…
-
Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn.
-
Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li
Lưu ý:
-
Thiếu một trong ba điều kiện trên sẽ không xảy ra sự ăn mòn điện hóa học
-
Trong tự nhiên, sự ăn mòn kim loại xảy ra phức tạp, có thể xảy ra đồng thời cả quá trình ăn mòn điện hóa học và ăn mòn hóa học.
Hiện tượng ăn mòn điện hóa của hợp kim sắt
Sự ăn mòn điện hóa học của hợp kim sắt [gang, thép] trong không khí ẩm có thể thấy cụ thể như sau:
-
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.
Các biện pháp chống ăn mòn kim loại
Phương pháp bảo vệ bề mặt
-
Ta sẽ phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn, chất dẻo hoặc dầu mỡ…
-
Thường xuyên lau chùi, để nơi khô ráo thoáng mát.
Sử dụng kẽm chống ăn mòn điện hóa
Đây là phương pháp sử dụng một kim loại là “vật hi sinh” để bảo vệ vật liệu kim loại.
Ví dụ: Thân tàu biển được chế tạo bằng gang thép. Gang thép là hợp kim của sắt, cacbon và một số nguyên tố khác. Đi lại trên biển, thân tàu tiếp xúc thường xuyên với nước biển là dung dịch chất điện li nên sắt bị ăn mòn, gây hư hỏng.
-
Để bảo vệ thân tàu, người ta cần thường áp dụng biện pháp sơn nhằm không cho gang thép của thân tàu tiếp xúc trực tiếp với nước biển. Nhưng ở phía đuôi tàu, do tác động của chân vịt, nước bị khuấy động mãnh liệt nên biện pháp sơn là chưa đủ. Do đó mà phải gắn tấm kẽm vào đuôi tàu.
-
Khi đó sẽ xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa. Kẽm là kim loại hoạt động hơn sắt nên bị ăn mòn, còn sắt thì không bị mất mát gì.
-
Sau một thời gian miếng kẽm bị ăn mòn thì sẽ được thay thế theo định kì. Việc này vừa đở tốn kém hơn nhiều so với sửa chữa thân tàu.
Trường hợp xuất hiện ăn mòn điện hóa thường gặp
Bạn đã biết đến ăn mòn điện hóa là gì, nhưng chưa nắm rõ trường hợp xuất hiện ăn mòn điện hóa?. Dưới đây là những trường hợp làm xuất hiện ăn mòn điện hóa thường gặp.
-
Kim loại – kim loại [Fe – Cu] kim loại mạnh bị ăn mòn [anot bị oxi hóa] kim loại yếu được bảo vệ.
-
Kim loại – phi kim [Fe – C thép].
-
Kim loại đẩy kim loại ra khỏi muối [Fe tác dụng dung dịch CuSO4].
-
Kim loại + dd axit và muối của kim loại đứng sau.
Cách phân biệt ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học
-
Ăn mòn kim loại: Là sự phá hủy kim loại do tác dụng của các chất trong môi trường. Ăn mòn kim loại có 2 dạng chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
-
Ăn mòn hóa học: Là quá trình oxi hóa khử trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường.
Câu nào đúng trong các câu sau: Trong ăn mòn điện hóa học, xảy ra
A. sự oxi hóa ở cực dương.
B. sự oxi hóa ở cực âm và sự khử ở cực dương.
C. sự khử ở cực âm.
D. sự oxi hóa ở cực dương và sự khử ở cực âm.
Hình ảnh các vật dụng bằng sắt bị rỉ sét khi để ngoài không khí ẩm một thời gian có lẽ đã quá quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự ăn mòn điện hóa xảy ra khi sắt tiếp xúc với không khí có hơi nước. Vậy ăn mòn điện hóa là gì? Điều kiện, cơ chế ăn mòn điện hóa ra sao và cách phòng chống ăn mòn điện hóa như thế nào. Cùng tìm hiểu với chúng tôi nhé.
Ăn mòn điện hóa là gì?
Định nghĩa ăn mòn điện hóa học là gì?
Ăn mòn điện hóa là hiện tượng xảy ra khi hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li, tạo nên dòng điện khiến cho kim loại bị phá hủy. Đây chính là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất.
Trong thực tế, ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi cặp kim loại/hợp kim để lâu ngày ngoài không khí ẩm hoặc nhúng vào trong dung dịch axit, muối hoặc nước không nguyên chất,…, ví dụ như:
- Cửa sắt tiếp xúc với không khí ẩm.
- Ống dẫn chôn dưới lòng đất.
- Phần vỏ tàu thủy ngập trong nước…
Bản chất của quá trình ăn mòn điện hóa
Bản chất của ăn mòn điện hóa chính là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt của các điện cực, trong đó quá trình oxi hóa kim loại xảy ra ở cực âm còn quá trình khử các ion [nếu dung dịch điện li là axit] sẽ xảy ra ở cực dương. Quá trình này sẽ tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm sang cực dương và khiến cho kim loại bị ăn mòn.
- Nếu chất điện ly có môi trường axit: 2H+ - 2e = H2
- Nếu chất điện ly có môi trường trung tính hoặc kiềm: 2H2O + O2 + 4e = OH-
Điều kiện cần và đủ để xảy ra ăn mòn điện hóa
Sự ăn mòn điện hóa xảy ra khi có đủ 3 điều kiện, bao gồm:
- Các điện cực phải có bản chất khác nhau, ví dụ như cặp 2 kim loại khác nhau, cặp kim loại và phi kim,…
- Các điện cực phải trực tiếp hoặc gián tiếp tiếp xúc với nhau thông qua dây dẫn.
- Các điện cực phải cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.
Cơ chế của quá trình ăn mòn điện hóa
Thí nghiệm ăn mòn điện hóa
Quá trình ăn mòn điện hóa là quá trình hòa tan kim loại vào dung dịch chất điện ly, cụ thể như sau:
- Quá trình Anot [Quá trình oxi hóa - hòa tan kim loại]: Ion kim loại chuyển từ mạng lưới tinh thể vào dung dịch chất điện ly để lại các điện tử thừa tương ứng.
Me + nH2O = Mem+ + me [ m là số hóa trị của kim loại]
- Quá trình Catot [Quá trình khử]: Các điện tử thừa bởi ion nguyên tử hay phân tử của chất điện ly, tức chất khử phân cực.
D + me = Dme
Nếu 2 quá trình Anot và Catot không xảy ra đồng thời thì sự ăn mòn điện hóa sẽ bị dừng, kim loại sẽ bị chia ra thành những vùng vi Anot và những vùng vi Catot nằm xen kẽ và sát bên nhau. Phần Anot kim loại sẽ bị hòa tan còn phần Catot sẽ tiến hành quá trình khử. Khi hai quá trình này cùng xảy ra thì điện tử từ phần Anot sẽ chuyển về Catot, Cation từ Anot chuyển về Catot, Anion từ Catot chuyển về Anot.
Khi thép bị ăn mòn, ở phần Anot sẽ xảy ra quá trình:
2e Fe2+. nH2O
Quá trình âm cực xảy ra ở Catot có ion H+ tham gia [quá trình khử cực của Hydro]:
2e + 2[H+ .H2O] = H2 + 2H2O
Quá trình âm cực có oxy tham gia [quá trình khử cực của oxy] hoặc thay thế bằng chất oxy hóa khác như Ion Fe3+ : Fe3+ + 1e = Fe2+
Các tinh thể Fe bị oxi hóa lần lượt từ ngoài vào trong cho đến khi bị ăn mòn hết.
Các biện pháp chống ăn mòn điện hóa hiệu quả
1. Phương pháp bảo vệ bề mặt
Đây là phương pháp được sử dụng chủ yếu và cách thực hiên như sau:
- Bạn phủ lên bề mặt của kim loại một lớp bảo vệ làm từ chất liệu bền vững với môi trường như sơn, chất dẻo, tráng men, dầu mỡ,...hoặc bằng các kim loại hoạt động hơn. Ví dụ như sắt được tráng thiếc là sắt tây, sắt tráng kẽm là tôn, sắt mạ crom hoặc niken,….
- Đồng thời, thường xuyên lau khô và để kim loại ở những nơi khô ráo, thoáng mát.
2. Phương pháp điện hóa
Phương pháp điện hóa sử dụng vật hy sinh là kim loại hoạt động hơn kim loại cần bảo vệ để tạo thành pin điện hóa, giúp bảo vệ các vật liệu kim loại hiệu quả.
Ví dụ như để bảo vệ thân tàu biển làm bằng thép, người ta gắn vào phần mặt ngoài chìm dưới nước của nó những khối thép. Vì kẽm là kim loại hoạt động hơn thép nên dễ bị ăn mòn hơn, còn thép làm tàu sẽ không bị ảnh hưởng gì. Khi khối kẽm bị ăn mòn, người ta sẽ thay thế nó.
Gắn một khối kẽm vào đuôi tàu để bảo vệ thân tàu
Một số dạng bài tập về sự ăn mòn điện hóa
Bài 1: Tại sao sao khi nối một sợi dây điện bằng đồng với một sợi dây điện bằng nhôm thì ở vị trí tiếp nối, sau một thời gian trở nên kém tiếp xúc?
Lời giải:
Khi đồng và nhôm tiếp xúc trực tiếp nhau một thời gian thì tại điểm tiếp xúc của 2 vật liệu này sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoá. Hiện tượng ăn mòn điện hóa sẽ làm phát sinh một chất có điện trở lớn và cản trở dòng điện chạy qua đây.
Bài 2: Một dây phơi quần áo gồm 1 dây đồng nối với 1 đoạn thép. Tại điểm nối của 2 dây, hiện tượng nào sẽ xảy ra khi để lâu ngày.
Lời giải:
Vì sắt là kim loại hoạt động hơn đồng nên nó sẽ đóng vai trò là anot và trong điều kiện không khí có hơi nước và oxy tạo thành pin điện hóa, sắt sẽ bị ăn mòn trước tức đoạn thép sẽ bị ăn mòn trước.
Sau khi theo dõi nội dung bài viết trên, chắc hẳn các bạn đã hiểu được sự ăn mòn điện hóa là gì cũng như cách bảo vệ vật dụng khỏi quá trình này. Để xem thêm nhiều bài viết hay và bổ ích hơn, các bạn hãy ghé thăm website labvietchem.com.vn và theo dõi nhé.
Xem thêm: