金屬的腐蝕

金屬的腐蝕主要有兩種類型：化學腐蝕和電化學腐蝕。
（1）電化學腐蝕的發(fā)生需要滿足幾個關鍵條件：首先，必須存在活潑性不同的兩個電極且它們相互連接或接觸；其次，電解質溶液是必不可少的；最后，這兩個電極之間必須能夠發(fā)生化學反應。

（2）當金屬與其他金屬或導電性非金屬相接觸，或者金屬本身是合金，并且這些金屬都處于水溶液環(huán)境中時，就容易發(fā)生電化學腐蝕。例如，鋼鐵（含碳）在潮濕環(huán)境下的腐蝕就屬于這種情況。

反之，如果金屬僅與干燥的氣體或非電解質接觸，那么發(fā)生的則是化學腐蝕。例如，鋼鐵與干燥的氯氣反應生成FeCl3，或者純鋅與鹽酸反應生成ZnCl2等。

電化學腐蝕又可以分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種類型。在酸性環(huán)境中，金屬受到腐蝕時，另一電極會發(fā)生H+轉化為H2的反應，這被稱為析氫腐蝕。
例如，鋼鐵在酸性環(huán)境中發(fā)生的析氫腐蝕，其電極反應為：負極Fe失去電子變?yōu)镕e2+，正極則是H+得到電子轉化為H2?？偡磻綖镕e與H+結合生成Fe2+和H2。

【實驗】為了更直觀地觀察這一過程，我們可以進行一個簡單的實驗。取兩只試管，分別加入兩顆鋅粒和等量的稀鹽酸。觀察一段時間后，再向其中一只試管中滴加1-2滴硫酸銅溶液，并繼續(xù)觀察。你會發(fā)現(xiàn)，滴加硫酸銅溶液的試管中反應速度明顯加快，這正是因為發(fā)生了電化學反應。

再來看吸氧腐蝕，它發(fā)生在中性環(huán)境中。當金屬受到腐蝕時，另一電極會發(fā)生O2轉化為OH-的反應。
例如，鋼鐵在中性環(huán)境中發(fā)生的吸氧腐蝕，其電極反應為：負極Fe失去電子變?yōu)镕e2+，正極則是O2結合H2O和電子生成OH-?？偡磻綖镕e與OH2O結合，生成Fe(OH)2。隨后，F(xiàn)e(OH)2會進一步被O2氧化為Fe(OH)3，再經(jīng)過脫水反應生成Fe2OxH2O，這就是我們常說的鐵銹。值得注意的是，鐵銹的結構疏松，無法像Al2O3那樣對內層金屬起到保護作用，因此鋼鐵會持續(xù)受到腐蝕。為了更直觀地觀察這一過程，我們可以進行一個簡單的實驗：將經(jīng)過酸洗的鐵釘先用食鹽水浸泡，然后放入一個帶有插入水的導管的具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化，可以明顯看到水柱上升，這正是吸氧腐蝕過程中氧氣進入導管所致。
導管中的水柱液面上升，這表明鐵釘正在發(fā)生吸氧腐蝕。此外，金屬的電化學腐蝕速率通常比化學腐蝕更快。在金屬腐蝕的過程中，這兩種腐蝕方式往往是同時進行的，但電化學腐蝕通常占據(jù)主導地位。

接下來，我們探討金屬的防護策略。金屬的防護需要綜合考慮金屬本身的特性、與其接觸的物質以及反應的條件。例如，通過改變金屬材料的組成，如向普通鋼中添加鉻和鎳以制造不銹鋼，可以顯著提高金屬的耐腐蝕性。

物理防護

在金屬表面涂抹油漆、礦物性油脂、塑料或瓷類等物質，以形成一層保護層，從而防止金屬與腐蝕性物質直接接觸。這種防護方法簡單有效，被廣泛應用于各種金屬制品的防護中。

化學防護

通過電鍍技術，在金屬表面覆蓋一層其他金屬，例如在鐵質物品上鍍鋅，以增強其耐腐蝕性。此外，還可以利用化學方法在金屬表面生成一層致密的氧化物薄膜，例如鐵表面形成的Fe3O4氧化膜和鋁表面形成的Al2O3氧化膜，這些薄膜能有效隔絕金屬與腐蝕性物質的直接接觸。

電化學防護

金屬可以通過電化學方法進行保護，這涉及到犧牲陽極法和外加電流法。電化學包括原電池和電解池的原理。在原電池中，當金屬與不活潑的金屬相接觸時，它更容易受到腐蝕。然而，當金屬與更活潑的金屬相接觸時，后者會提供保護。在原電池中，更活潑的金屬作為負極，也被稱作陽極。通過將金屬與更活潑的金屬相連來獲得保護的方法被稱為犧牲陽極法。
在電解池的原理下，當金屬置于電源的正極時，其更易發(fā)生溶解反應。然而，若將金屬置于電源的負極，則會受到電源提供的保護。這種通過將金屬連接到電源的負極來獲得保護的方法，即被稱為外加電流法。
【實驗步驟】
將Fe電極與Zn電極相連，并一同浸入酸化的3%NaCl溶液中。在此過程中，密切觀察電流表指針的微妙變化。經(jīng)過一段時間的反應后，在Fe電極附近小心滴加兩滴K3[Fe(CN)6]溶液（鐵氰化鉀，亦被稱為赤血鹽，其黃色溶液在與Fe2+反應時，會生成深藍色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀）。隨后，仔細留意溶液顏色的漸變過程。
電流表指針出現(xiàn)偏轉，但無明顯現(xiàn)象（這表明沒有Fe2+生成）。接下來，我們進行了另一項實驗。在兩個培養(yǎng)皿中，分別加入了食鹽水、K3[Fe(CN)6]溶液、酚酞以及瓊脂。隨后，在一個培養(yǎng)皿中，我們放入了裹有鋅皮的鐵釘，而在另一個培養(yǎng)皿中，則放入了纏有銅絲的鐵釘。接下來，我們分別觀察并解釋了這兩個實驗的現(xiàn)象。
裹有鋅皮的鐵釘在實驗中，其周圍的顏色逐漸變紅，這表明鐵釘周圍發(fā)生了氧氣反應，生成了氫氧根離子。另一方面，纏有銅絲的鐵釘則呈現(xiàn)出不同的反應。其周圍的顏色首先變藍，這是由于鐵釘在反應中生成了Fe2+離子。隨后，這些Fe2+離子進一步與K3[Fe(CN)6]溶液發(fā)生反應，導致銅絲周圍的顏色也發(fā)生變化，最終變?yōu)榧t色。同時，銅絲周圍的氧氣也參與了反應，生成了氫氧根離子。

涉及測試：電化學腐蝕