Ăn mòn điện hóa là hiện tượng hai kim loại hoặc hợp kim bị phá hủy khi để ở ngoài không khí ẩm hoặc nhúng vào dung dịch axit, muối, nước không nguyên chất. Để hiểu rõ hơn về hiện tượng ăn mòn điện hóa, các bạn hãy cùng chúng tôi theo dõi nội dung bài viết dưới đây nhé.
Ăn mòn điện hóa là gì?
Ăn mòn điện hóa học là hiện tượng kim loại bị phá hủy khi có sự tiếp xúc giữa hợp kim và các dung dịch chất điện li để tạo nên dòng điện. Về bản chất, ăn mòn điện hóa là quá trình oxy hóa khử, xảy ra do dung dịch chất điện li tác động với kim loại và gây nên dòng electron di chuyển từ cực âm sang cực dương. Kết quả của quá trình này là kim loại bị ăn mòn.
Ăn mòn điện hóa là gì?
Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa
Ăn mòn điện hóa kim loại chỉ xảy ra khi có đầy đủ các yếu tố sau:
- Các điện cực phải khác nhau về mặt bản chất, tức là có 2 cặp kim loại khác nhau hoặc cặp phi kim với kim loại.
- Các điện cực cần phải có sự tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau thông qua dây dẫn.
- Điều kiện cuối cùng để xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa kim loại là các điện cực phải cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.
Nếu thiếu một trong 3 yếu tố trên, hiện tượng này sẽ không thể xảy ra.
Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa
Một số trường hợp ăn mòn điện hóa thường gặp
Trong cuộc sống hàng ngày, ăn mòn điện hóa thường xảy ra ở một số trường hợp như sau:
- Kim loại với kim loại [Sắt – Đồng]: Kim loại mạnh bị ăn mòn [cực anot bị oxi hóa] và kim loại yếu sẽ được bảo vệ.
- Kim loại với phi kim [Sắt – Thép cacbon].
- Kim loại đẩy kim loại ra khỏi muối: Sắt tác dụng dung dịch đồng sunfat
- Kim loại với dung dịch axit và muối của kim loại đứng sau.
Trường hợp ăn mòn điện hóa thường gặp
Sự khác biệt giữa ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học
Trong điều kiện tự nhiên, hiện tượng ăn mòn điện hóa xảy ra một cách rất phức tạp và các vật dụng có thể cùng lúc vừa bị ăn mòn điện hóa, vừa bị ăn mòn hóa học. Để phân biệt được hai hiện tượng này, các bạn hãy cùng chúng tôi tham khảo nội dung dưới đây.
| Phân loại | Ăn mòn điện hóa | Ăn mòn hóa học |
| Điều kiện xảy ra | Các điện cực phải khác nhau về bản chấ, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại với phi kim hoặc cặp kim loại với hợp chất hóa học. Trong đó kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ đóng vai trò là cực âm.. - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn và cùng tiếp xúc với một loại dung dịch chất điện li. | Chủ yếu xảy ra ở các lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí O2 |
| Cơ chế ăn mòn | - Sự ăn mòn điện hóa một vật bằng gang là hợp kim của sắt với cacbon hoặc thép trong không khí ẩm có hòa tan khí cacbonic, lưu huỳnh dioxit, oxy,…sẽ tạo ra một lớp phủ bên ngoài kim loại. - Tinh thế sắt sẽ ở cực âm và tinh thể cacbon ở cực dương. - Ở cực dương sẽ xảy ra phản ứng khử: 2H+ + 2e → H2 O2 + 2H2O + 4e → 4OH- - Ở cực âm sẽ xảy ra phản ứng oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e Fe2+ sau khi tan vào dung dịch có chứa oxi sẽ chuyển thành Fe3+ và cuối cùng tạo thành gỉ sắt có thành phần Fe2O3.nH2O | Thiết bị bằng sắt tiếp xúc với hơi nước, oxi sẽ xảy ra phản ứng: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2↑ 3Fe + 2O2 → Fe3O4 |
| Bản chất của quá trình ăn mòn | Là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li với kim loại để tạo nên dòng điện. So với ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa xảy ra nhanh. | Là quá trình oxi hóa - khử mà trong đó, các electron của kim loại di chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường. |
Ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học
Giải pháp khắc phục hiện tượng ăn mòn điện hóa
Để bảo vệ các vật dụng, thiết bị trước sự ăn mòn điện hóa, bạn có thể áp dụng một trong những biện pháp như sau:
1. Sử dụng phương pháp bảo vệ bề mặt
Đây là phương pháp được sử dụng nhiều để chống ăn mòn điện hóa vì cách thực hiện khá đơn giản. Bạn chỉ cần phủ lên bề mặt của kim loại một lớp sơn, chất dẻo hoặc dầu mỡ và thường xuyên lau chùi nó bằng khăn khô để vật dụng luôn khô ráo. Ngoài ra, bạn tuyệt đối không được để vật dụng ở những nơi ẩm ướt, thay vào đó là chọn những nơi khô ráo và thoáng mát để cất giữ.
2. Sử dụng kim loại hoạt động mạnh hơn làm vật hy sinh
Đây là phương pháp chống ăn mòn điện hóa hiệu quả, sử dụng kim loại hoạt động mạnh hơn làm vật hy sinh vì nó sẽ bị ăn mòn trước.
Một ví dụ điển hình nhất của phương pháp này chính là dùng kẽm để bảo vệ thân tàu biển. Thân tàu biển được làm bằng gang thép, mà gang thép lại là hợp kim của sắt, cacbon và một số nguyên tố khác nên khi ở trên biển, nó sẽ bị ăn mòn do nước biển là dung dịch chất điện li. Để bảo vệ thân tàu, người ta tiến hành phun lên một lớp sơn phủ trên bề mặt nhằm ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp của tàu với nước biển. Đối với phần đuôi tàu, một khối kẽm sẽ được gắn lên để làm vật hy sinh, bảo vệ chân vịt không bị ăn mòn. Khi khối kẽm bị ăn mòn hết, người ta sẽ tiến hành việc thay thế nó bằng một khối kẽm khác và quá trình này sẽ tiếp diễn liên tục.
Đó là một số thông tin về hiện tượng ăn mòn điện hóa mà các bạn có thể tham khảo. Hy vọng rằng những kiến thức này có thể giúp bạn bảo vệ vật dụng, thiết bị một cách tốt hơn. Ngoài ra, bạn có thể tham khảo website //ammonia-vietchem.vn/ để theo dõi nhiều bài viết hay hơn nữa.
Xem thêm:
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: