Contents
Định nghĩa ăn mòn
Ăn mòn là gì? Nó được định nghĩa là quá trình tự nhiên gây ra sự biến đổi của kim loại nguyên chất thành các chất không mong muốn khi chúng phản ứng với các chất như nước hoặc không khí. Phản ứng này gây ra hư hỏng và phân hủy kim loại bắt đầu từ phần kim loại tiếp xúc với môi trường và lan rộng ra toàn bộ khối kim loại.
Tất cả các kim loại có bị ăn mòn không?
Các kim loại được đặt ở vị trí cao hơn trong dãy phản ứng như sắt, kẽm, v.v … bị ăn mòn rất dễ dàng và các kim loại được đặt ở vị trí thấp hơn trong dãy phản ứng như vàng, bạch kim và palađi không bị ăn mòn. Lời giải thích nằm trong thực tế là sự ăn mòn liên quan đến quá trình oxy hóa các kim loại. Khi chúng ta đi xuống, xu hướng của chuỗi phản ứng bị ôxy hóa là rất thấp (thế ôxy hóa rất thấp).
Điều thú vị là nhôm không bị ăn mòn không giống như các kim loại khác mặc dù nó có phản ứng. Điều này là do nhôm đã được bao phủ bởi một lớp oxit nhôm rồi. Lớp oxit nhôm này bảo vệ nó khỏi bị ăn mòn thêm
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn
1. Cho các kim loại tiếp xúc với không khí có chứa các khí như CO 2, SO 2 , SO 3, v.v.
2. Sự tiếp xúc của kim loại với hơi ẩm, đặc biệt là nước muối (làm tăng tốc độ ăn mòn).
3. Sự hiện diện của các tạp chất như muối (ví dụ: NaCl).
4. Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng làm tăng sự ăn mòn.
5. Bản chất của lớp oxit đầu tiên được hình thành: một số oxit như Al 2 O 3 tạo thành một lớp bảo vệ không hòa tan có thể ngăn chặn sự ăn mòn tiếp theo. Những thứ khác như rỉ sét dễ dàng vỡ vụn và để lộ phần kim loại còn lại.
6. Sự hiện diện của axit trong khí quyển: axit có thể dễ dàng đẩy nhanh quá trình ăn mòn.
Các loại ăn mòn
Một số loại ăn mòn bao gồm;
(i) Ăn mòn đường nứt
Bất cứ khi nào có sự khác biệt về nồng độ ion giữa hai khu vực cục bộ bất kỳ của kim loại, một dạng ăn mòn cục bộ được gọi là ăn mòn đường nứt có thể xảy ra. Ví dụ về các khu vực có thể xảy ra ăn mòn kẽ hở là miếng đệm, mặt dưới của vòng đệm và đầu bu lông.
Ví dụ: Tất cả các loại hợp kim nhôm và thép không gỉ đều trải qua quá trình ăn mòn đường nứt.
(ii) Vết nứt do ăn mòn do ứng suất
Ăn mòn ứng suất Cracking có thể được viết tắt là ‘SCC’ và đề cập đến sự nứt vỡ của kim loại do môi trường ăn mòn và lực kéo căng đặt lên kim loại. Nó thường xảy ra ở nhiệt độ cao.
Ví dụ: Ứng suất ăn mòn nứt thép không gỉ Austenit trong dung dịch clorua.
(iii) Ăn mòn giữa các hạt
Ăn mòn giữa các hạt xảy ra do sự hiện diện của các tạp chất trong ranh giới hạt ngăn cách hạt được hình thành trong quá trình hóa rắn của hợp kim kim loại. Nó cũng có thể xảy ra thông qua sự suy giảm hoặc làm giàu hợp kim ở các ranh giới hạt này.
Ví dụ: Hợp kim nhôm-bazơ bị ảnh hưởng bởi IGC.
(iv) Ăn mòn Galvanic
Khi tồn tại sự tiếp xúc điện giữa hai kim loại khác nhau về mặt điện hóa và ở trong môi trường điện phân thì có thể phát sinh ăn mòn điện. Nó đề cập đến sự suy thoái của một trong những kim loại này tại một mối nối hoặc tại một điểm nối. Một ví dụ điển hình của kiểu ăn mòn này là sự suy giảm xảy ra khi đồng, trong môi trường nước muối, tiếp xúc với thép.
Ví dụ: Khi nhôm và thép cacbon được kết nối và ngâm trong nước biển , nhôm ăn mòn nhanh hơn và thép được bảo vệ.
(iv) Ăn mòn rỗ
Ăn mòn rỗ rất khó dự đoán và do đó rất khó phát hiện. Nó được coi là một trong những loại ăn mòn nguy hiểm nhất. Nó xảy ra tại một điểm cục bộ và tiếp tục hình thành một tế bào ăn mòn được bao quanh bởi bề mặt kim loại bình thường. Khi ‘Hố’ này được hình thành, nó sẽ tiếp tục phát triển và có thể có nhiều hình dạng khác nhau. Hố từ từ xuyên qua kim loại từ bề mặt theo hướng thẳng đứng, cuối cùng dẫn đến hư hỏng cấu trúc mà nó không được kiểm soát.
Ví dụ: Hãy xem xét một giọt của nước trên một bề mặt thép, rỗ sẽ khởi tại các trung tâm của các nước giọt (anốt chỗ).
(v) Ăn mòn đồng nhất
Đây được coi là dạng ăn mòn phổ biến nhất trong đó khí quyển thực hiện một cuộc tấn công lên bề mặt kim loại. Mức độ ăn mòn có thể dễ dàng nhận thấy. Loại ăn mòn này có tác động tương đối thấp đến hiệu suất của vật liệu.
Ví dụ: Một miếng kẽm và thép được ngâm trong axit sunfuric loãng thường sẽ hòa tan trên toàn bộ bề mặt của nó với tốc độ không đổi.
Ví dụ về ăn mòn và phản ứng
Dưới đây là một số ví dụ điển hình về sự ăn mòn thường thấy ở kim loại.
1. Ăn mòn đồng
Khi kim loại đồng tiếp xúc với môi trường, nó phản ứng với oxy trong không khí để tạo thành đồng (I) oxit có màu đỏ.
2Cu (s) + ½ O 2 (g) → Cu 2 O (s)
Cu 2 O tiếp tục bị oxi hóa tạo thành CuO có màu đen.
Cu 2 O (s) + ½ O 2 (g) → 2CuO (s)
CuO này phản ứng với CO 2 , SO 3 và H 2 O (có trong khí quyển tạo thành Cu 2 (OH) 2 (s) (Malachite) có màu xanh lam và Cu 4 SO 4 (OH) 6 (s) ( Brochantite) có màu xanh lục.
Đây là lý do tại sao chúng ta quan sát thấy đồng chuyển sang màu xanh lục lam.
Một ví dụ điển hình của điều này là màu sắc của tượng nữ thần tự do có lớp phủ đồng trên đó chuyển sang màu xanh lam-xanh lục.
2. Bạc
Bạc phản ứng với lưu huỳnh và các hợp chất của lưu huỳnh trong không khí tạo ra bạc sunfua (Ag 2 S) có màu đen. Bạc tiếp xúc tạo thành Ag 2 S khi nó phản ứng với H 2 S (g) trong khí quyển do quá trình công nghiệp nhất định.
2Ag (s) + H 2 S (g) → Ag 2 S (s) + H + 2 + (g)
3. Ăn mòn sắt (rỉ sét)
Gỉ sắt là ví dụ thường thấy nhất xảy ra khi sắt tiếp xúc với không khí hoặc nước. Phản ứng này có thể được coi là một phản ứng điện hóa điển hình. Hãy xem xét sơ đồ dưới đây.
Ở đây kim loại sắt mất điện tử và chuyển thành Fe {aq} 2+ (có thể coi đây là vị trí cực dương). Các điện tử bị mất sẽ di chuyển sang phía bên kia nơi chúng kết hợp với ion H + . Các ion H + được giải phóng bởi H 2 O hoặc H 2 CO 3 có trong khí quyển (đây có thể được coi là vị trí cực âm).
H 2 O [latex] \ rightleftharpoons [/ latex] H + + OH –
H 2 CO 3 [latex] \ rightleftharpoons [/ latex] 2H + + CO 3 2
Do đó, Hydro được tạo thành do phản ứng của H + và các electron phản ứng với oxy để tạo thành H 2 O.
Cũng nên đọc: Rỉ sắt và Phòng ngừa
Phản ứng cực dương
2Fe (s) → 2Fe 2+ + 4e – [latex] \ varepsilon _ {_ {F {{e} ^ {2 +}} / Fe}} ^ {0} [/ latex] = – 0,44 V
Phản ứng catốt
[latex] {{O} _ {2 (g) \,}} + 4 {{H} ^ {+}} _ {(aq)} + 4 {{e} ^ {-}} \ overset {2} \ longrightarrow {{H} _ {^ {2}}} {{O} _ {(l)}} {{E} ^ {o}} _ {^ {{{H} ^ {+}}} / { {O} _ {2}} / {{H} _ {2}} / O \, \, \,} = 1,23V [/ latex]Phản ứng tổng thể
2Fe (s) + O 2 (g) + 4H + (aq) → 2Fe 2+ (aq) + 2H 2 O (l) E o ô = 1,67V
Các ion Fe 2+ được tạo thành ở cực dương phản ứng với oxy trong khí quyển, do đó bị oxy hóa thành Fe 3+ do đó tạo thành Fe 2 O 3 xuất hiện ở dạng ngậm nước là Fe 2 O 3 .xH 2 O
Fe 2+ + 3O 2 → 2Fe 2 O 3
Fe 2 O 3 + xH 2 O → Fe 2 O 3 . xH 2 O (gỉ)
Các ví dụ khác bao gồm,
- Kẽm bị ăn mòn khi phản ứng với oxy và HCl tạo thành ZnCl 2 có màu trắng .
- Ăn mòn thiếc tạo thành Na 2 [Sn (OH) 2 ] có màu đen .
Phòng chống ăn mòn
Ngăn ngừa sự ăn mòn là điều quan trọng hàng đầu để tránh những tổn thất lớn. Phần lớn các cấu trúc chúng tôi sử dụng được làm từ kim loại. Điều này bao gồm cầu, ô tô, máy móc, đồ gia dụng như cửa sổ, cửa ra vào, tuyến đường sắt, v.v. Một số phương pháp phổ biến để ngăn chặn sự ăn mòn bao gồm Mạ điện, Mạ, Sơn và Bôi mỡ, Sử dụng Chất ức chế Ăn mòn, v.v.
Xem thêm:
