Sự ăn mòn kim loại

Nội dung Hóa 12: Sự ăn mòn kim loại gồm chi tiết lý thuyết về ăn mòn kim loại, các khái niệm, dạng ăn mòn được trình bày cụ thể kèm theo câu hỏi luyện tập bám sát cấu trúc, chương trình ôn thi THPT Quốc gia môn Hóa học. 

I. Khái niệm

M → Mⁿ⁺ + ne

II. Các dạng ăn mòn kim loại

Có hai dạng ăn mòn kim loại là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học.

1. Ăn mòn hóa học

1.1. Nguyên nhân

Do kim loại có phản ứng hóa học trực tiếp với các chất ở môi trường xung quanh.

Thí dụ: Ngâm dinh sắt trong dung dịch H₂SO₄ loãng

Fe + H₂SO_{4 (loãng)} → FeSO₄ + H₂

Sắt tác dụng với H₂SO₄ loãng

1.2. 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...

1.3. Bản chất

Bản chất à quá trình oxi hóa - khử trong đó kim loại đóng vai trò chất khử. Electron chuyển trực tiếp từ kim loại vào môi trường.

2. Ăn mòn điện hóa học

2.1. Khái niệm

Thí dụ:

Nhúng thanh Zn và thanh Cu (không tiếp xúc trực tiếp với nhau) vào cốc đựng dung dịch H₂SO₄ loãng. Nối thanh kẽm với thanh đồng bằng dây dẫn cho đi qua một điện kế, như hình minh họa sau:

Thí nghiệm về ăn mòn điện hóa học

• Hiện tượng:

+ Khi chưa nối dây dẫn, lá Zn bị hòa tan và bọt khí H₂ thoát ra ở bề mặt lá Zn.

+ Khí nối dây dẫn, lá Zn bị ăn mòn nhanh trong dung dịch điện li, kim điện kế lệch, bọt khí H₂ thoát ra cả ở lá Cu.

• Giải thích:

+ Khi chưa nối dây dẫn, kẽm bị ăn mòn hóa học do phản ứng oxi hóa kẽm bởi ion H⁺ trong dung dịch axit:

Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂

Bọt khí sinh ra trên bề mặt lá Zn.

+ Khi nối các thanh Cu và Zn bằng một dây dẫn, một pin điện đã được hình thành, trong đó Zn là cực âm, Cu là cực dương.

Tại cực âm (anot), kẽm bị ăn mòn theo phản ứng:

Zn → Zn²⁺ + 2e

Tại cực dương (catot), ion H⁺ của dung dịch H₂SO₄ nhận electron biến thành H rồi thành phân tử H₂ thoát ra:

2H⁺ + 2e → H₂

+ Các electron di chuyển từ lá Zn sang lá Cu qua dây dẫn tạo ra dòng điện một chiều. Dòng điện này làm cho kim điện kế bị lệch.

2.2. Điều kiện xảy ra sự ăn mòn điện hóa học

+ Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là 2 cặp 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 phải cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

Thiếu một trong 3 điều kiện trên sẽ không xảy ra ăn mòn điện hóa học.

Trong tự nhiên, sự ăn mòn kim loại xảy ra phức tạp, có thể xảy ra đồng thời cả ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học.

III. Chống ăn mòn kim loại

Sự ăn mòn kim loại gây tổn thất to lớn cho nền kinh tế quốc dân. Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn có thể sử dụng các phương pháp sau:

1. Phương pháp bảo vệ bề mặt

Dùng những chất bền vững với môi trường để phủ ngoài mặt những đồ vật bằng kim loại như bôi dầu, mỡ, sơn, mạ, tráng men…

2. Phương pháp điện hóa

Nối kim loại cần bảo vệ với một kim loại hoạt động hơn để tạo thành pin điện hóa và kim loại hoạt động hơn bị ăn mòn, kim loại kia được bảo vệ.

Thí 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 → Zn²⁺ + 2e

+ Ở catot (cực dương): O₂ bị khử 2H₂O + O₂ + 4e → 4OH^-

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