Bài 20. Sự ăn mòn của kim loại

BÀI 23: SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI
Nhóm 4 – Lớp 12A3
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường

Bản chất: là quá trình oxi hóa khử, trong đó kim loại bị oxi hóa thành các ion dương
M  Mn+ + ne
Khái niệm
Phân loại
Dựa vào chỉ số ăn mòn, chia kim loại thành các nhóm
Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành hai dạng chính:
Ăn mòn hóa học
Ăn mòn điện hóa học
II. Phân loại
Là quá trình oxi hóa khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất môi trường.

3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2
3Fe + 2O2  Fe3O4
2Fe + 3Cl2  FeCl3
Ăn mòn hóa học
Thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên tiếp xúc vơi hơi nước, oxi, clo,…

Đặc điểm: không phát sinh dòng điện, nhiệt độ càng cao thì ăn mòn càng nhanh
Ăn mòn hóa học
Là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên
2. Ăn mòn điện hóa học
Là quá trình oxi hóa khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dich chất điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương
Khái niệm
Thí nghiệm:
Khái niệm
Hiện tượng:
Khi chưa nối dây, lá Zn bị hòa tan và bọt khí thoát ra ở bề mặt lá Zn
Khi nối dây, lá Zn tan nhanh chóng, bọt khí thoát ra liên tục, kim vôn kế bị lệch
Giải thích:
- Khi chưa nối dây dẫn, kẽm bị ăn mòn hóa học do phản ứng oxi hóa kẽm bởi ion H+ trong dung dịch axit
Zn + 2H+  Zn2+ + H2
Bọt khí H2 sinh ra trên bề mặt lá Zn
Khi nối dây dẫn, một pin điện được hình thành (pin Vônta). Các electron di chuyển từ lá Zn sang lá Cu tạo ra dòng điện một chiều. Các ion H+ di chuyển về lá Cu nhận electron, bị khử thành H2
2H+ + 2e  H2
Zn bị ăn mòn điện hóa đồng thời với sự tạo thành dòng điện
 Ăn mòn điện hóa học
Khái niệm
Điều kiện 1: các điện cực có bản chất khác nhau
Cặp hai kim loại khác nhau
Cặp kim loại – phi kim
Cặp kim loại – hợp chất hóa học
Điều kiện 2: các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn
Điều kiện 3: các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li
 Đủ 3 điều kiện trên mới xảy ra ăn mòn hóa học
Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học
Ăn mòn điện hóa gồm 1 quá trình oxi hóa tại cực âm và 1 quá trình khử tại cực dương, trong đó electron được chuyển từ cực âm sang cực dương
Cực âm (anot): quá trình oxi hóa, kim loại mạnh hơn nhường electron: M  Mn+ + ne
Cực dương (catot): quá trình khử, ion H+ hoặc O2 nhận electron
Nếu môi trường là dd axit: 2H+ + 2e  H2
Nếu môi trường là không khí ẩm có hòa tan oxi:
O2 + 2H2O + 4e  4OH-
Bản chất của ăn mòn điện hóa
Gang, thép là hợp kim Fe-C và 1 số nguyên tố khác. Không khí ẩm có hòa tan khí CO2, O2… tạo ra lớp dd điện li phủ lên bề mặt gang thép, làm xuất hiện vô số pin điện hóa mà Fe là cực âm, C là cực dương.
Hơi nước và không khí ẩm có hòa tan:
CO2 (môi trường axit): CO2 + HOH  HCO3- + H+
O2 (môi trường trung tính): O2 + H2O
Ăn mòn điện hóa hợp kim của sắt (gang thép) trong không khí ẩm
Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe  Fe2+ + 2e
Ở cực dương xảy ra sự khử:
Môi trường trung tính: O2 + 2H2O + 4e  4OH-
Môi trường axit: O2 + 4H+ + 4e  2H2O
Ăn mòn điện hóa hợp kim của sắt (gang thép) trong không khí ẩm
e
2Fe + nH2O + 3/2O2  Fe2O3.nH2O
gỉ sắt
Chống ăn mòn kim loại
Theo số liệu thống kê, cứ 1s qua đi, khoảng 2 tấn thép toàn cầu bị biến thành rỉ
Khối lượng kim loại trung bình hằng năm trên thế giới bằng 20-25% khối lượng kim loại được sản xuất
Có nhiều phương pháp bảo vệ kim loại. Phổ biến là phương pháp bảo vệ bề mặt và bảo vệ điện hóa
Là phương pháp phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng, mạ bằng một kim loại khác.
Phương pháp bảo vệ bề mặt
Mạ kim loại
Là dùng một kim loại có tính khử mạnh hơn làm “vật hi sinh” để bảo vệ vật liệu kim loại.
Ví dụ: bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép người ta gắn các lá kẽm ở phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển. Zn là “vật hi sinh”, vỏ tàu được bảo vệ.
Phương pháp điện hóa
Cảm ơn cô và các bạn đã lắng nghe