金屬的腐蝕

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

（2）當(dāng)金屬與其他金屬或?qū)щ娦苑墙饘傧嘟佑|，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(shí)，就容易發(fā)生電化學(xué)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(zhì)接觸，那么發(fā)生的則是化學(xué)腐蝕。例如，鋼鐵與干燥的氯氣反應(yīng)生成FeCl3，或者純鋅與鹽酸反應(yīng)生成ZnCl2等。

電化學(xué)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(shí)，另一電極會(huì)發(fā)生H+轉(zhuǎn)化為H2的反應(yīng)，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(yīng)為：負(fù)極Fe失去電子變?yōu)镕e2+，正極則是H+得到電子轉(zhuǎn)化為H2。總反應(yīng)式為Fe與H+結(jié)合生成Fe2+和H2。

【實(shí)驗(yàn)】為了更直觀地觀察這一過程，我們可以進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。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(shí)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(huì)發(fā)現(xiàn)，滴加硫酸銅溶液的試管中反應(yīng)速度明顯加快，這正是因?yàn)榘l(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)。

再來看吸氧腐蝕，它發(fā)生在中性環(huán)境中。當(dāng)金屬受到腐蝕時(shí)，另一電極會(huì)發(fā)生O2轉(zhuǎn)化為OH-的反應(yīng)。
例如，鋼鐵在中性環(huán)境中發(fā)生的吸氧腐蝕，其電極反應(yīng)為：負(fù)極Fe失去電子變?yōu)镕e2+，正極則是O2結(jié)合H2O和電子生成OH-?？偡磻?yīng)式為Fe與OH2O結(jié)合，生成Fe(OH)2。隨后，F(xiàn)e(OH)2會(huì)進(jìn)一步被O2氧化為Fe(OH)3，再經(jīng)過脫水反應(yīng)生成Fe2OxH2O，這就是我們常說的鐵銹。值得注意的是，鐵銹的結(jié)構(gòu)疏松，無法像Al2O3那樣對(duì)內(nèi)層金屬起到保護(hù)作用，因此鋼鐵會(huì)持續(xù)受到腐蝕。為了更直觀地觀察這一過程，我們可以進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：將經(jīng)過酸洗的鐵釘先用食鹽水浸泡，然后放入一個(gè)帶有插入水的導(dǎo)管的具支試管中。幾分鐘后，觀察導(dǎo)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(jìn)入導(dǎo)管所致。
導(dǎo)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(xué)腐蝕速率通常比化學(xué)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(shí)進(jìn)行的，但電化學(xué)腐蝕通常占據(jù)主導(dǎo)地位。

接下來，我們探討金屬的防護(hù)策略。金屬的防護(hù)需要綜合考慮金屬本身的特性、與其接觸的物質(zhì)以及反應(yīng)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(hù)

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

化學(xué)防護(hù)

通過電鍍技術(shù)，在金屬表面覆蓋一層其他金屬，例如在鐵質(zhì)物品上鍍鋅，以增強(qiáng)其耐腐蝕性。此外，還可以利用化學(xué)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(zhì)的直接接觸。

電化學(xué)防護(hù)

金屬可以通過電化學(xué)方法進(jìn)行保護(hù)，這涉及到犧牲陽極法和外加電流法。電化學(xué)包括原電池和電解池的原理。在原電池中，當(dāng)金屬與不活潑的金屬相接觸時(shí)，它更容易受到腐蝕。然而，當(dāng)金屬與更活潑的金屬相接觸時(shí)，后者會(huì)提供保護(hù)。在原電池中，更活潑的金屬作為負(fù)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(hù)的方法被稱為犧牲陽極法。
在電解池的原理下，當(dāng)金屬置于電源的正極時(shí)，其更易發(fā)生溶解反應(yīng)。然而，若將金屬置于電源的負(fù)極，則會(huì)受到電源提供的保護(hù)。這種通過將金屬連接到電源的負(fù)極來獲得保護(hù)的方法，即被稱為外加電流法。
【實(shí)驗(yàn)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(shí)間的反應(yīng)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(yīng)時(shí)，會(huì)生成深藍(lán)色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀）。隨后，仔細(xì)留意溶液顏色的漸變過程。
電流表指針出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，但無明顯現(xiàn)象（這表明沒有Fe2+生成）。接下來，我們進(jìn)行了另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。在兩個(gè)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(gè)培養(yǎng)皿中，我們放入了裹有鋅皮的鐵釘，而在另一個(gè)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(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。
裹有鋅皮的鐵釘在實(shí)驗(yàn)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(yīng)，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(yīng)。其周圍的顏色首先變藍(lán)，這是由于鐵釘在反應(yīng)中生成了Fe2+離子。隨后，這些Fe2+離子進(jìn)一步與K3[Fe(CN)6]溶液發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致銅絲周圍的顏色也發(fā)生變化，最終變?yōu)榧t色。同時(shí)，銅絲周圍的氧氣也參與了反應(yīng)，生成了氫氧根離子。

涉及測(cè)試：電化學(xué)腐蝕