Lý thuyết Hóa học 12 Bài 22: Sự ăn mòn kim loại

1. Khái niệm

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

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

Tuỳ theo cơ chế của sự ăn mòn, người ta chia ăn mòn kim loại thành hai loại: ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá.

a) Ăn mòn hoá học

Khi để kim loại trong không khí, có thể xảy ra hiện tượng ăn mòn hoá học. Nguyên nhân của hiện tượng trên là do xảy ra phản ứng oxi hoá - khử trực tiếp giữa kim loại với các chất oxi hoá 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) $\overset{t^{o}}{\to}$   Fe₃O₄(s)

b) Ăn mòn điện hoá

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

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

Trong không khí ẩm, trên bề mặt của gang thép luôn có một lớp nước mỏng đã hoà tan khí oxygen và carbon dioxide 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 hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon.

Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá:

Fe(s) $\to$   Fe²⁺(aq) + 2e

Ở cathode, xảy ra quá trình khử:

$\frac{1}{2}O_{2}(g) \text{~} + \text{~} H_{2}O(l) \text{~} + \text{~} 2e ~ \to 2OH^{-}_{} ~ ~ (aq)$

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

- Điều kiện của quá trình ăn mòn điện hoá: Hai kim loại khác nhau hoặc một kim loại và một phi kim; Chúng tiếp xúc với nhau trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua dây dẫn điện và cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

Có hai phương pháp phổ biến bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn là phương pháp điện hoá và phương pháp phủ bề mặt.

1. Phương pháp điện hoá

 Nguyên tắc bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn bằng phương pháp điện hoá là gắn lên kim loại cần bảo vệ một kim loại khác hoạt động hoá học mạnh hơn. Khi đó, kim loại hoạt động hoá 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).

2. Phương pháp phủ bề mặt

Phương pháp phủ bề mặt ngăn kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường bằng cách:

- Phủ kim loại cần bảo vệ bằng các kim loại khác không bị 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.