腐蚀——定义、类型、预防、例子

电化学是一门物理化学学科，它关注作为可量化和定量现象的电势与可识别的化学变化之间的联系，电势是特定化学变化的结果，反之亦然。电子通过导电相（通常但不总是，如化学镀中的外部电路）在电极之间移动，该相由离子导电和电绝缘电解质（或溶液中的离子物质）隔开。

腐蚀

腐蚀被描述为金属或合金在周围潮湿和潮湿的环境中的化学和电化学破坏。腐蚀是一种氧化过程，因为它是在氧气存在的情况下发生的。几乎所有金属都会腐蚀，但腐蚀速度因金属而异。

由于腐蚀，金属会产生稳定的化合物，例如氧化物、氢氧化物和硫化物，这是一种自发且不可逆的过程。

影响腐蚀的因素

1. 金属在电化学系列中的位置——在腐蚀中，电化学系列极为重要。反应性金属更快地失去电子并更快地腐蚀。例如，铁会很快被氧化，但金并不是因为金的反应性低于铁。
2. 金属中的杂质——一般来说，金属中污染物的存在会加速腐蚀，因为这些杂质作为微观电化学电池起作用，会导致腐蚀。
3. 电解质的存在——因为它们携带离子，溶解在水中的盐充当电解质。当水中存在电解质时，腐蚀会加速。
4. 氧气浓度 -腐蚀因氧气含量的增加而加速。阳极是氧浓度较低的位置，而阴极是氧浓度较高的区域。结果发生腐蚀。
5. 天气中的湿度——当天气潮湿时，高温湿气的存在会加速腐蚀，因为离子获得能量并在更高的温度下开始更快地移动，从而导致它们更频繁地碰撞。

腐蚀类型

1. 均匀腐蚀——这种腐蚀相当普遍。这种腐蚀导致整个表面的金属均匀损失。生锈、银锈等就是例子。
2. 点蚀-点蚀是一种局部腐蚀，会损坏金属表面，导致斑块或凹坑。在含有卤化物的中性或酸性溶液中，例如含有 NaCl 的盐水中，可以在不锈钢中观察到点蚀。
3. 缝隙腐蚀——缝隙腐蚀是由金属表面边缘周围缝隙中的滞留溶液引起的，例如螺母和铆钉头。当两种金属碰撞或金属与非金属碰撞时，可能会发生这种情况。例如，金属或非金属垫圈、联轴器和接头的腐蚀。
4. 电偶腐蚀- 当两种不同的材料连接并与腐蚀性电解质发生电接触时，就会发生电偶腐蚀。例如，在镀锌铁中，一块铁或钢片上涂有锌。
5. 应力腐蚀开裂-这是一种腐蚀形式，由于抗拉强度和腐蚀环境的综合影响，金属表面会出现断裂。应力腐蚀开裂（SCS）是一种发生在航空部件中的腐蚀。
6. 晶间腐蚀- 这是一种发生在含有杂质的金属或合金的晶界周围而不是金属或合金内部的腐蚀。含铝的压铸锌合金在海洋环境中暴露于蒸汽中会出现晶间腐蚀。
7. 脱合金 -这是一种罕见的腐蚀，只影响特定金属，例如铜合金和灰口铸铁。合金金属在脱合金过程中失去其活性元素并在多孔条件下产生更稳定的耐腐蚀元素。脱镍、脱锌和石墨腐蚀都是脱合金的例子。
8. 侵蚀腐蚀- 侵蚀腐蚀是金属表面的机械诱导击穿。在腐蚀性环境中，它是由流体颗粒和固体表面的相对流动性引起的。例如，留在管道切割管端的毛刺可能会破坏顺畅的水流，导致局部湍流和高流速，从而导致侵蚀腐蚀。

腐蚀的各种例子

具有较高反应性系列的金属，例如铁、铜和锌，腐蚀得更快。腐蚀可以通过多种方式表现出来。

铁锈

生锈是铁金属在空气和水的存在下腐蚀的过程，导致表面呈红褐色。它发生在铁在氧气和水的存在下氧化。锈是一种化学式为 Fe ₂ O ₃ .xH ₂ O 的新型物质，它是氧化铁 (III) 的水合形式（其中 x 是可变的）。

尽管铁生锈是一种自然现象，但该过程非常类似于电化学电池反应。

当铁失去电子并变成Fe ²⁺时形成阳极。

At Cathode: 

H⁺+e–→H

4H+O₂→2H₂O

4H⁺+O₂+4e^–→2H₂O

The ferrous oxides are further oxidised to ferric ions, which are then combined with H₂O to produce a complex.

Oxidation Half-reaction

Fe(s)→Fe₂+(aq)+2e^–×2(E^∘=–0.44V)

Reduction Half-reaction

4H⁺+O₂+4e^–→2H₂O(E^∘=1.23V)

Overall Cell reaction

E^∘_cell = E^∘_red – E^∘_oxd

E^∘_cell = 1.23–(–0.44)V

E^∘_cell = 1.67V

2Fe(s)+4H⁺+O₂→2Fe²⁺(aq)+2H₂O(E^∘=1.67V)

2Fe₃++3O₂→2Fe₂O₃

Fe₂O₃+xH₂O→Fe₂O₃.xH₂O(rust)

铜的腐蚀

当暴露在环境中时，铜材料或铜合金会腐蚀。当铜氧化时，闪亮的铜表面失去光泽，变成深棕色或黑色，然后变成绿色。由于这种浸出，铜会腐蚀。

“自由女神像”的蓝绿色是铜金属腐蚀的一个例子。它没有像现在建造时那样涂上相同的颜色。相反，它是棕色的。另一方面，铜会随着时间的推移而被氧化，并与大气中的三氧化硫、二氧化碳和水相互作用，生成一种新的化学物质，使其具有独特的蓝绿色光泽。

以下是涉及铜金属腐蚀的化学方程式：

银锈

空气中银和含硫化合物之间的化学相互作用导致银失去光泽。当银与硫混合时会形成硫化银。失去光泽是由于硫化银覆盖而使银金属变黑的过程。

以下是金属银失去光泽的化学方程式：

2Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂

防止腐蚀的方法

腐蚀是一种不受欢迎的现象，必须避免，因为它会对桥梁、雕塑、纪念碑、金属器具等金属结构造成重大损害。

所有防腐蚀方法都基于相同的基本概念：切断金属的水和空气供应。以下是一些防腐蚀措施：

1. 喷漆-喷漆铁制品，例如门和铁轨，可以防止金属暴露在空气和水中。涂漆金属物品可以保护它们免受腐蚀。
2. 上油和上油——上油和上油就像油漆一样，在金属表面提供一层保护涂层，保护金属免受腐蚀。
3. 镀锌- 镀锌是在钢铁物体上涂上一层薄薄的锌以保护它们的过程。即使在锌涂层破损后，镀锌产品也能防止腐蚀或生锈。
4. 合金化-合金由金属和非金属的均匀组合组成。我们可以通过合金化金属来获得所需的金属特性。例如，铁是一种非常有用的金属，但它会很快生锈。结果，当这种铁与镍和铬结合时，就形成了不锈钢。不锈钢现在广泛用于制造厨具。

示例问题

问题1：什么是腐蚀？

回答

Corrosion is the chemical and electrochemical deterioration of metals or alloys caused by the surrounding damp and humid environment. Corrosion is an oxidation process since it occurs in the presence of oxygen.

问题2：防止腐蚀的方法有哪些？

回答

• Painting, oiling, and greasing iron products prevents the metal from being exposed to air and water. Corrosion is therefore avoided.
• Galvanisation is the process of coating iron and steel things with a thin layer of zinc to protect them. The galvanised products are protected against corrosion or rusting even after the zinc coating has been broken.
• We can achieve the required qualities of metals and prevent corrosion by alloying them.

问题3：影响腐蚀的因素有哪些？

回答

The position of metals in the electrochemical series, impurities in metals, presence of electrolytes, oxygen concentration, weather humidity, and other environmental factors such as high temperature, presence of various gases in the atmosphere that cause corrosion, etc. are all factors that affect corrosion.

问题 4：腐蚀的类型有哪些？

回答

The various types of corrosion include Uniform Corrosion, Pitting Corrosion, Crevice Corrosion, Galvanic corrosion, Stress Corrosion Cracking, Intergranular Corrosion, Dealloying, Erosion Corrosion.

问题5：银的变色是什么？

回答

 The silver tarnishes due to a chemical reaction between the silver and sulphur-containing chemicals in the air. When silver is combined with sulphur, silver sulphide is created. Tarnishing occurs when a layer of silver sulphide coats the silver metal, turning it black.

2Ag+H₂S → Ag₂S+H₂

问题6：什么是铁生锈？

回答

In the presence of air and water, iron corrodes, generating iron oxide and rust.

Fe₂O₃+xH₂O→Fe₂O₃.xH₂O

问题 7：什么是缝隙腐蚀？

回答

A stagnant solution in gaps around the edges of metal surfaces, such as nuts and rivet heads, causes crevice corrosion. When two metals clash or when a metal collides with a non-metal, this can happen. For example, corrosion on metal or non-metal gaskets, couplings, and joints.