Chống an mòn kim loại bằng phương pháp điện hóa
|
Minh Vũ Show 8 giờ trước Chủ đề Hóa Học 12 hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về hiện tượng ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học, để lí giải tại sao một thanh sắt nói riêng và kim loại nói chung khi để ngoài trời hay ngâm trong nước thì lại bị rỉ sét? Đây được xem là một hiện tượng ăn mòn kim loại. Còn về chi tiết hiện tượng này, chúng ta sẽ tìm hiểu ngay sau đây.  Ăn mòn kim loại– Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kiim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh. Đó là một quá trình hóa học, hoặc quá trình điện hóa trong đó kim loại bị oxi hóa thành ion dương. X —-> X(n+) + ne – Ăn mòn kim loại gồm hai dạng là: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học. Ăn mòn hóa học– Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường. – Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở các chi tiết bằng kim loại của máy móc hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hóa chất, khí oxi, hơi nước ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ càng cao, kim loại ăn mòn càng nhanh. – Nhận biết ăn mòn hóa học, ta thấy ăn mòn kim loại mà không thấy xuất hiện cặp kim loại hay cặp KL-C thì đó là ăn mòn kim loại. Ví dụ: Thanh sắt nói riêng khi ngâm trong nước lại bị gỉ sét. Đến đây chúng ta có thể giải thích như sau: Khi sắt tiếp xúc với oxy và độ ẩm trong một khoảng thời gian dài, tạo thành một hợp chất mới gọi là oxít sắt hay còn gọi là rỉ sắt. Chất xúc tác chính cho quá trình rỉ là nước. Cấu trúc sắt có vẻ chắc chắn, nhưng các phân tử nước có thể xâm nhập vào các lỗ nhỏ và vết nứt trong bất kỳ kim loại nào kể cả sắt, sự kết hợp của nguyên tử hidro có trong nước với các nguyên tố khác để hình thành axít, ăn mòn sắt, làm cho sắt bị phơi ra nhiều hơn. Nếu trong môi trường nước biển, sự ăn mòn có thể xảy ra nhanh hơn. Trong khi đó các nguyên tử oxy kết hợp với các nguyên tử sắt để hình thành oxít sắt hay rỉ sắt, chúng làm yếu sắt và làm cho cấu trúc của sắt trở nên giòn và xốp. Xem thêm : Tổng hợp từ vựng tiếng anh lớp 11 mới cả năm đầy đủ Ăn mòn điện hóa học– 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. – Ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi cặp kim loại (hoặc hợp kim) để ngoài không khí ẩm, hoặc nhúng trong dung dịch axit, dung dịch muối, trong nước không nguyên chất… Ví dụ: Phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm… Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất Cơ chế của ăn mòn điện hóa – Gang hoặc thép là những hợp kim Fe-C, trong đó cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể C. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và với một dung dịch điện li phủ ngoài. Như vậy, vật bị ăn mòn theo kiểu điện hóa: + Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành. Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có một lượng không khí oxi, tại đây chúng bị oxi hóa tiếp thành . + Ở cực dương: Các ion hiđro của dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li. Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hóa từ ngoài vào trong. Sau một thời gian, vật bằng gang (thép) sẽ bị ăn mòn hết. Điều kiện để xảy ra sự ăn mòn điện hóa học – Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là cặp 2 kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại với phi kim,… – Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn. – Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li Thiếu một trong ba điều kiện trên sẽ không xảy ra sự ăn mòn điện hóa học Trong tự nhiên, sự ăn mòn kim loại xảy ra phức tạp, có thể xảy ra đồng thời cả quá trình ăn mòn điện hóa học và ăn mòn hóa học. Các biện pháp chống ăn mòn kim loạiPhương pháp bảo vệ bề mặt – Dùng những chất bền vững phủ lên bề mặt kim loại như lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo… – Lau chùi, để nơi khô ráo thoáng – Sắt tây là sắt được tráng thiếc, tôn là sắt được tráng kẽm. Các đồ vật bằng sắt thường được mạ Niken hay Crom Phương pháp điện hóa – Dùng một kim loại là “vật hi sinh” để bảo vệ vật liệu kim loại. VD: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn các lá Zn vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển (nước biển là dung dịch chất điện li). Kẽm bị ăn mòn, vỏ tàu được bảo vệ. Bài tậpBài 1: Vì sao khi nối một sợi dây điện bằng đồng với một sợi dây điện bằng nhôm thì chỗ nối mau trở nên kém tiếp xúc? Trả lời: Khi đồng và nhôm tiếp xúc trực tiếp nhau 1 thời gian thì tại điểm tiếp xúc ấy xảy ra hiện tượng “ăn mòn điện hoá”. Hiện tượng này làm phát sinh một chất có điện trở lớn, làm giảm dòng điện đi qua dây. Bài 2: Một hợp kim có cấu tạo tinh thể hỗn hợp Cu – Zn để trong không khí ẩm. Hãy cho biết hợp kim bị ăn mòn hoá học hay điện hoá học. Trả lời: Hợp kim bị ăn mòn điện hoá học. Zn là điện cực âm, bị ăn mòn. Cu là điện cực dương không bị ăn mòn. Bài 3: Có những cặp kim loại sau đây tiếp xúc với nhau và cùng tiếp xúc với dung dịch điện li. Cho biết kim loại nào trong mỗi cặp sẽ bị ăn mòn điện hoá học. a) Al – Fe b) Cu – Fe c) Fe – Sn Trả lời: a) Al (điện cực âm) bị ăn mòn, Fe (điện cực dương) không bị ăn mòn b) Fe (điện cực âm) bị ăn mòn, Cu (điện cực dương) không bị ăn mòn. c) Fe (điện cực âm) bị ăn mòn, Sn (điện cực dương) không bị ăn mòn. Ở những vết sây sát của vật làm bằng sắt tráng kẽm sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoá học. Bài 4: Ngâm 9 g hợp kim Cu – Zn trong dung dịch axit HCl dư thu được 896 ml khí H2 (đktc). Hãy xác định thành phần phần trăm khối lượng của hợp kim. Trả lời: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 => mZn = 0,04.65 = 2,6 (g) Sau khi học xong bài này, chúng ta đã có thể hiểu rõ hơn về những sự việc xảy ra hằng ngày xung quanh chúng ta, cùng như có thể giải thích được chúng. Ngoài ra, còn một số dạng bài tập hay được hỏi trong chủ đề sự ăn mòn điện hóa này. Các em nên sưu tầm và luyện tập thêm để có kết quả thật tốt nhé. Chúc các em học tốt!
Ăn mòn điện hóa và Ăn mòn hóa học là một trong những kiến thức mà học sinh sẽ cần nắm rõ trong chương trình ôn thi lớp 12.Thầy Trần Hoàng Phi sẽ giúp các em tìm hiểu rõ bản chất của hiện tượng này.Theo dõi Kênh của Lize.vn để nhận thêm nhiều những Video của thầy cô nhé. Xem thêm: https://www.lize.vn/baigianghoahoc/h050116anmonhoahocanmondienhoa5720350568480768
1. Hiện tượng, nguyên nhân ăn mòn kim loại. Các thiết bị, máy móc, các kết cấu công trình, các vật liệu kim loại.... Sau một thời gian làm việc, hay bảo quản bị hư hỏng hoặc hoen gỉ. Sự hư hỏng đó do nhiều nguyên nhân: Ta xét các trường hợp sau: 1. Các bánh răng, ổ trượt, trục quay, con lăn... Sau một thời gian làm việc thì bị hư hỏng đến mức không thể làm việc được nữa, kích thước của các chi tiết bị thay đổi vì bị mài mòn do tác dụng của lực ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc: kim loại bị phá huỷ do tác dụng của lực cơ học. 2. Các cửa lò, ghi lò đốt, ống lửa trong nồi hơi... sau một thời gian làm việc bị han gỉ và hư hỏng. Sự phá huỷ các chi tiết này do tạo thành lớp oxit kim loại làm giảm các kích thước kết cấu của nó. Vì vậy sự phá huỷ kim loại trong trường hợp này là do tác dụng hoá học giữa oxy và không khí xảy ra ở nhiệt độ cao. 3. Các thùng chứa Axit, các ống dẫn nước muối bằng kim loại, các chi tiết, vật liệu kim loại để trong không khí... sau một thời gian sử dụng và bảo quản bị han gỉ. Sự phá huỷ các chi tiết kim loại nói trên ngoài phản ứng hoá học giữa kim loại với các Axít, dung dịch muối còn đồng thời sinh ra dòng điện chuyển động trong kim loại. Tác dụng hoá học có kèm theo sự sinh ra dòng điện trong kim loại gọi là tác dụng điện hoá. Trong ba trường hợp kim loại bị phá hỏng ở trên thì trường hợp thứ hai và thứ ba gọi là sự phá huỷ kim loại do ăn mòn điện hoá. Vậy: ăn mòn kim loại là hiện tượng tự phá huỷ của các vật liệu kim loại do tác dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại và môi trường bên ngoài. Gồm hai loại ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá a>Ăn mòn hoá học: Ăn mòn hoá học: là quá trình phá huỷ kim loại do tác dụng hoá học của môi trường với kim loại. Vì vậy ăn mòn hoá học chỉ xảy ra trong môi trường các chất điện ly dạng lỏng và môi trường không khí. Cũng có thể định nghĩa sự ăn mòn hoá học là sự ăn mòn kim loại do tác dụng đơn thuần của phản ứng hoá học giữa vật liệu kim loại với môi trường xung quanh có chứa chất xâm thực (O2, S2, Cl2,...) Hay nói cách khác là quá trình ăn mòn hoá học xảy ra trong môi trường khí và trong các môi trường các chất không điện ly dạng lỏng. Ví dụ: Sự ăn mòn của khí sunfuarơ (SO2) đối với đồng : 6Cu + SO2 = 2 Cu2O + Cu2S b) Ăn mòn điện hoá: Ăn mòn điện hoá là quá trình ăn mòn mà trong đó có phát sinh ra dòng điện. Vì vậy quá trình ăn mòn kim loại do điện hoá chỉ xảy ra khi kim loại tiếp xúc với môi trường điện ly mà dung môi là nước. Cũng có thể hiểu Ăn mòn điện hoá là sự ăn mòn do phản ứng điện hoá xảy ra ở 2 vùng khác nhau trên bề mặt kim loại. Quá trình ăn mòn điện hoá có phát sinh dòng điện tử chuyển động trong kim loại và dòng các ion chuyển động trong dung dịch điện ly theo một hướng nhất định từ vùng điện cực này đến vùng điện cực khác của kim loại). Tốc độ ăn mòn điện hoá xảy ra khá mãnh liệt so với ăn mòn hoá học. Ví dụ: Nhúng mẫu Zn vào dung dịch loãng H2SO4: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 ↑ ở đây kẽm bị hoà tan trong dung dịch H2SO4 loảng và hidro (H2) thoát ra . Tốc độ ăn mòn của Zn trong H2SO4 loang tăng vọt lên. Vậy có thể kết luận rằng nguyên nhân ăn mòn chính là do kim loại tiếp xúc với môi trường có các hoá chất, với các dung môi có phản ứng với kim loại đó. 2. Cách bảo vệ kim loại chống lại sự ăn mòn của hoá chất. a) Cách li kim loại với môi trường: Dùng những chất bền với môi trường phủ lên bề mặt kim loại. Đó là: - Các loại sơn chống gỉ, vecni, dầu mỡ, tráng men, phủ hợp chất polime hữu cơ - Mạ một số kim loại bền như crom, niken, đồng, kẽm, thiếc lên bề mặt kim loại cần bảo vệ. - phương pháp bọc lót FRP, bọc lót cao su và bọc lót bằng hỗn hợp Faolit là những biện pháp đang được sử dụng nhiều nhất vì có độ chống ăn mòn cao, dễ thi công, giá thành rẻ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Trong ngành sản xuất hóa chất, ngành phân bón thì 98 % các công trình chống ăn mòn là sử dụng các phương pháp này. b) Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inox): Chế tạo những hợp kim không gỉ trong môi trường không khí, môi trường hoá chất. Những hợp kim không gỉ thường đắt tiền, vì vậy sử dụng chúng còn hạn chế. c) Dùng chất chống ăn mòn (chất kìm hãm). Chất chống ăn mòn làm bề mặt kim loại trở nên thụ động (trơ) đối với môi trường ăn mòn. Ngày nay người ta đã chế tạo được hàng trăm chất chống ăn mòn khác nhau, chúng được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hoá chất. d) Dùng phương pháp điện hóa: Nối kim loại cần bảo vệ với 1 tấm kim loại khác có tính khử mạnh hơn. Ví dụ, để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn vào vỏ tàu (phần chìm trong nước biển) 1 tấm kẽm. Khi tàu hoạt động, tấm kẽm bị ăn mòn dần, vỏ tàu được bảo vệ. Sau một thời gian người ta thay tấm kẽm khác. Tuy nhiên để việc chống ăn mòn đạt hiệu quả cao chúng ta phải khảo sát kỹ các hoá chất trong môi trường tiếp xúc của kim loại, điều kiện nhiệt độ, áp suất... rồi mới có thể đưa ra phương án xử lý tối ưu nhất. Hãy liên hệ, nhân viên Công ty Công nghệ Quốc tế HACC sẽ đến tận nơi khảo sát, tư vấn và đưa ra phương án chống ăn mòn miễn phí cho bạn. Thi công chống ăn mòn uy tín, chất lượng bảo hành lâu dài thời gian sử dụng. " Công ty HACC luôn luôn bên bạn " Công ty TNHH Công nghệ Quốc tế HACC Email: Tư vấn kỹ thuật : 0888662212 (0974347666) |
