Bài 20: SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI

A. BÀI GIẢNG

I. KHÁI NIỆM: Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.

Hệ quả: Kim loại bị oxi hóa thành ion dương: $M\rightarrow M^{n+}+ne$

II. CÁC DẠNG ĂN MÒN: Có hai dạng ăn mòn kim loại là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học.

1. Ăn mòn hóa học

Thí dụ:

- Thanh sắt trong nhà máy sản xuất khí $Cl_{2}$:

- Các thiết bị của lò đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong:

Vậy: 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.

2. Ăn mòn điện hóa

a) Khái niệm

- Thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm như hình 5.5 trang 92, Hóa học 12:

- Hiện tượng:

+ Kim điện kế quay chứng tỏ có dòng điện chạy qua.

+ Thanh Zn bị mòn dần.

+ Bọt khí $H_{2}$ thoát ra cả ở thanh Cu.

- Giải thích:

+ Điện cực âm (anot); Zn bị ăn mòn theo phản ứng:

$Zn\rightarrow Zn^{2+}+2e$

Ion $Zn^{2+}$ đi vào dung dịch, các electron theo dây dẫn sang điện cực Cu.

+ Điện cực dương (catot): ion $H^{+}$ của dung dịch $H_{2}SO_{4}$ nhận electron biến thành nguyên tử H rồi thành phân tử $H_{2}$ thoát ra.

$2H^{+}+2e\rightarrow H_{2}$

Vậy: Ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa - khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng electron chuyên dời từ cực âm đến cực dương.

b) Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt trong không khí ẩm

Thí dụ: Sự ăn mòn gang trong không khí ẩm.

- Trong không khí ẩm, trên bề mặt của gang luôn có một lớp nước rất mỏng đã hoà tan $O_{2}$ và khí $CO_{2}$, tạo thành dung dịch chất điện li.

- Gang có thành phần chính là Fe và C cùng tiếp xúc với dung dịch đó tạo nên vô số các pin nhỏ mà sắt là anot và cacbon là catot.

Tại anot: $Fe\rightarrow Fe^{2+}+2e$

Các electron được giải phóng chuyển dịch đến catot.

Tại catot: $O_{2}+2H_{2}O+4e\rightarrow 4OH^{-}$

Ion $Fe^{2+}$ tan vào dung dịch chất điện li có hoà tan khí $O_{2}$. Tại đây, ion $Fe^{2+}$ tiếp tục bị oxi hóa, dưới tác dụng của ion $OH^{-}$ tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là $Fe_{2}O_{3}$.n$H_{2}O$.

c) Điều kiện xảy ra sự ăn mòn điện hóa học: Để có sự ăn mòn điện hóa học thì:

- Các điện cực phải khác nhau về bản chất: cặp kim loại – kim loại; kim loại - phi kim, kim loại - hợp chất hóa học.

- Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn.

- Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

III. CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Sự ăn mòn kim loại gây tổn thất rất lớn về kinh tế như làm hư hỏng các thiết bị máy móc, đồ dùng bằng kim loại. Do đó cần phải tìm cách để giảm thiểu những tác hại của sự ăn mòn kim loại. Có hai phương pháp để chống sự ăn mòn kim loại sau:

1. Phương pháp bảo vệ bề mặt

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

Thí dụ: Sắt tây là sắt được tráng thiếc, tôn là sắt được tráng kẽm. Các đồ vật làm bằng sắt được mạ niken hay crom.

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 sẽ bị ăn mòn, kim loại kia được bảo vệ.

Thí dụ: Bảo vệ vỏ tàu biển làm bằng thép bằng cách gán vào mặt ngoài của vỏ tàu (phần chìm dưới nước) những khối Zn, kết quả là Zn bị nước biển ăn mòn thay cho thép.