Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa và cách phòng chống hiệu quả

Chu Văn An

Hình ảnh những đồ vật bằng sắt bị rỉ sét khi để ngoài không khí ẩm ướt một thời gian có lẽ đã quá quen thuộc trong cuộc sống hằng ngày. Nguyên nhân của hiện tượng này là do ăn mòn điện hóa xảy ra khi sắt tiếp xúc với không khí có chứa hơi nước. Vì thế ăn mòn điện hóa Đó là cái gì vậy? Nêu các điều kiện, cơ chế ăn mòn điện hóa và cách phòng ngừa ăn mòn điện hóa? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu nhé.

Ăn mòn điện là gì?

Định nghĩa ăn mòn điện hóa là gì?

Ăn mòn điện hóa là hiện tượng xảy ra khi một hợp kim tiếp xúc với dung dịch điện phân, tạo ra dòng điện khiến kim loại bị phá hủy. Đây là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất.

Trong thực tế, ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi để các cặp kim loại/hợp kim trong không khí ẩm trong thời gian dài hoặc ngâm trong dung dịch axit, muối, nước không tinh khiết, v.v., ví dụ:

– Cửa sắt tiếp xúc với không khí ẩm.

– Đường ống chôn dưới lòng đất.

– Thân tàu chìm trong nước…

Bản chất của quá trình ăn mòn điện hóa

Bản chất của ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực, trong đó quá trình oxy hóa kim loại xảy ra ở cực âm và sự khử các ion (nếu dung dịch điện phân có tính axit) sẽ xảy ra ở cực dương. Quá trình này sẽ tạo ra dòng electron từ cực âm đến cực dương và khiến kim loại bị ăn mòn.

– Nếu chất điện phân có môi trường axit: 2H+ – 2e = H2

– Nếu chất điện phân có môi trường trung tính hoặc kiềm: 2H2O + O2 + 4e = OH-

Điều kiện cần và đủ để xảy ra ăn mòn điện hóa

Ăn mòn điện hóa xảy ra khi thỏa mãn 3 điều kiện gồm:

– Các điện cực phải có bản chất khác nhau, ví dụ cặp hai kim loại khác nhau, cặp kim loại và phi kim,…

– Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau thông qua dây dẫn.

– Các điện cực phải tiếp xúc với cùng một dung dịch điện phân.

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 điện phân, cụ thể như sau:

– Quá trình anode (Quá trình oxy hóa – hòa tan kim loại): Các ion kim loại chuyển từ mạng tinh thể vào dung dịch điện phân để lại các electron dư tương ứng.

Me + nH2O = Mem+ + me (m là hóa trị của kim loại)

– Quá trình catot (Quá trình khử): Sự dư electron do các ion nguyên tử hoặc phân tử của chất điện phân, tức là chất khử cực.

D + tôi = Dme

Nếu hai quá trình anode và cathode không xảy ra đồng thời thì quá trình ăn mòn điện hóa sẽ dừng lại, kim loại sẽ bị chia thành các vùng micro-anode và micro-cathode nằm xen kẽ và gần nhau. Phần cực dương kim loại sẽ bị hòa tan và phần cực âm sẽ trải qua quá trình khử. Khi hai quá trình này xảy ra cùng nhau, các electron từ cực dương sẽ di chuyển về cực âm, các cation từ cực dương sẽ di chuyển về cực âm và các anion từ cực âm sẽ di chuyển về cực dương.

Khi thép bị ăn mòn sẽ xảy ra quá trình sau ở phần anode:

2e <- 2eFe2+ + nH2O -> Fe2+. nH2O

Quá trình catốt xảy ra ở catốt có ion H+ tham gia (khử cực hydro):

2e + 2(H+ .H2O) = H2 + 2H2O

Quá trình catốt có sự tham gia của oxy (khử cực oxy) hoặc được thay thế bằng chất oxy hóa khác như ion Fe3+: Fe3+ + 1e = Fe2+

Các tinh thể Fe bị oxy hóa từ ngoài vào trong cho đến khi bị ăn mòn hoàn toàn.

Biện pháp hữu hiệu chống ăn mòn điện hóa

1. Phương pháp bảo vệ bề mặt

Đây là phương pháp được sử dụng chủ yếu và cách thực hiện như sau:

– Bạn phủ lên bề mặt kim loại một lớp bảo vệ được làm từ những vật liệu bền vững với môi trường như sơn, nhựa, men, dầu mỡ,… hoặc nhiều kim loại hoạt tính hơn. Ví dụ, sắt tráng thiếc là thiếc, sắt tráng kẽm là tôn, sắt mạ crôm hoặc niken, v.v.

– Đồng thời, thường xuyên phơi khô và bảo quản kim loại ở những nơi khô ráo, thoáng mát.

2. Phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hóa sử dụng kim loại hy sinh có hoạt tính mạnh hơn kim loại cần bảo vệ để tạo thành tế bào điện hóa, giúp bảo vệ vật liệu kim loại một cách hiệu quả.

Ví dụ, để bảo vệ thân tàu thép, các khối thép được gắn vào bên ngoài chìm trong nước của nó. Vì kẽm là kim loại hoạt động mạnh hơn thép nên dễ bị ăn mòn hơn, trong khi thép đóng tàu sẽ không bị ảnh hưởng. Khi khối kẽm bị ăn mòn sẽ được thay thế.

Gắn khối kẽm vào đuôi tàu để bảo vệ thân tàu

Một số dạng bài tập về ăn mòn điện hóa

Bài 1: Tại sao khi nối dây đồng với dây nhôm, sau một thời gian lại tiếp xúc kém?

Giải pháp:

Khi đồng và nhôm tiếp xúc trực tiếp với nhau trong một thời gian sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa tại điểm tiếp xúc của hai vật liệu này. Hiện tượng ăn mòn điện hóa sẽ tạo ra một chất có điện trở suất cao và làm cản trở dòng điện chạy qua.

Bài 2: Dây phơi quần áo gồm một sợi dây đồng nối với một miếng thép. Tại điểm nối của 2 dây dẫn để lâu sẽ xảy ra hiện tượng gì?

Giải pháp:

Vì sắt là kim loại hoạt động mạnh hơn đồng nên sẽ đóng vai trò là cực dương và khi có không khí cùng hơi nước và oxy tạo thành một tế bào điện hóa thì sắt sẽ bị ăn mòn trước, nghĩa là phần thép sẽ bị ăn mòn trước.

Sau khi theo dõi nội dung bài viết trên chắc chắn bạn đã hiểu ăn mòn điện hóa Nó là gì cũng như cách bảo vệ đồ vật khỏi quá trình này. Để xem thêm nhiều bài viết hay và hữu ích, vui lòng truy cập website labvietchem.com.vn và theo dõi.

Xem thêm:

• Tủ an toàn sinh học
• Danh sách các kim loại dẫn điện tốt nhất sắp xếp theo độ dẫn điện giảm dần