Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa và cách phòng chống hiệu quả

Hình ảnh các vật dụng bằng sắt bị rỉ sét khi để ngoài không khí ẩm một thời gian có lẽ đã quá quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự ăn mòn điện hóa xảy ra khi sắt tiếp xúc với không khí có hơi nước. Vậy ăn mòn điện hóa là gì? Điều kiện, cơ chế ăn mòn điện hóa ra sao và cách phòng chống ăn mòn điện hóa như thế nào. Cùng tìm hiểu với chúng tôi nhé.

Ăn mòn điện hóa là gì?

Định nghĩa ăn mòn điện hóa học là gì?

Ăn mòn điện hóa là hiện tượng xảy ra khi hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li, tạo nên dòng điện khiến cho kim loại bị phá hủy. Đây chính là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất.

Trong thực tế, ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi cặp kim loại/hợp kim để lâu ngày ngoài không khí ẩm hoặc nhúng vào trong dung dịch axit, muối hoặc nước không nguyên chất,…, ví dụ như:

- Cửa sắt tiếp xúc với không khí ẩm.

- Ống dẫn chôn dưới lòng đất.

- Phần vỏ tàu thủy ngập trong nước…

Bản chất của quá trình ăn mòn điện hóa

Bản chất của ăn mòn điện hóa chính là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt của các điện cực, trong đó quá trình oxi hóa kim loại xảy ra ở cực âm còn quá trình khử các ion (nếu dung dịch điện li là axit) sẽ xảy ra ở cực dương. Quá trình này sẽ tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm sang cực dương và khiến cho kim loại bị ăn mòn.

- Nếu chất điện ly có môi trường axit: 2H⁺ - 2e = H₂

- Nếu chất điện ly có môi trường trung tính hoặc kiềm: 2H₂O + O₂ + 4e = OH^-

Điều kiện cần và đủ để xảy ra ăn mòn điện hóa

Sự ăn mòn điện hóa xảy ra khi có đủ 3 điều kiện, bao gồm:

- Các điện cực phải có bản chất khác nhau, ví dụ như cặp 2 kim loại khác nhau, cặp kim loại và phi kim,…

- Các điện cực phải trực tiếp hoặc gián tiếp tiếp xúc với nhau thông qua dây dẫn.

- Các điện cực phải cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

Cơ chế của quá trình ăn mòn điện hóa

Thí nghiệm ăn mòn điện hóa

Quá trình ăn mòn điện hóa là quá trình hòa tan kim loại vào dung dịch chất điện ly, cụ thể như sau:

- Quá trình Anot (Quá trình oxi hóa - hòa tan kim loại): Ion kim loại chuyển từ mạng lưới tinh thể vào dung dịch chất điện ly để lại các điện tử thừa tương ứng.

Me + nH₂O = Me^m+ + me ( m là số hóa trị của kim loại)

- Quá trình Catot (Quá trình khử): Các điện tử thừa bởi ion nguyên tử hay phân tử của chất điện ly, tức chất khử phân cực.

D + me = Dme

Nếu 2 quá trình Anot và Catot không xảy ra đồng thời thì sự ăn mòn điện hóa sẽ bị dừng, kim loại sẽ bị chia ra thành những vùng vi Anot và những vùng vi Catot nằm xen kẽ và sát bên nhau. Phần Anot kim loại sẽ bị hòa tan còn phần Catot sẽ tiến hành quá trình khử. Khi hai quá trình này cùng xảy ra thì điện tử từ phần Anot sẽ chuyển về Catot, Cation từ Anot chuyển về Catot, Anion từ Catot chuyển về Anot.

Khi thép bị ăn mòn, ở phần Anot sẽ xảy ra quá trình:

2e <- 2eFe²⁺ + nH₂O -> Fe²⁺. nH₂O

Quá trình âm cực xảy ra ở Catot có ion H+ tham gia (quá trình khử cực của Hydro):

2e + 2(H⁺ .H₂O) = H₂ + 2H₂O

Quá trình âm cực có oxy tham gia (quá trình khử cực của oxy) hoặc thay thế bằng chất oxy hóa khác như Ion Fe³⁺ :  Fe³⁺ + 1e = Fe²⁺

Các tinh thể Fe bị oxi hóa lần lượt  từ ngoài vào trong cho đến khi bị ăn mòn hết.

Các biện pháp chống ăn mòn điện hóa hiệu quả

1. Phương pháp bảo vệ bề mặt

Đây là phương pháp được sử dụng chủ yếu và cách thực hiên như sau: 

- Bạn phủ lên bề mặt của kim loại một lớp bảo vệ làm từ chất liệu bền vững với môi trường như sơn, chất dẻo, tráng men, dầu mỡ,...hoặc bằng các kim loại hoạt động hơn. Ví dụ như sắt được tráng thiếc là sắt tây, sắt tráng kẽm là tôn, sắt mạ crom hoặc niken,….

- Đồng thời, thường xuyên lau khô và để kim loại ở những nơi khô ráo, thoáng mát. 

2. Phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hóa sử dụng vật hy sinh là kim loại hoạt động hơn kim loại cần bảo vệ để tạo thành pin điện hóa, giúp bảo vệ các vật liệu kim loại hiệu quả. 

Ví dụ như để bảo vệ thân tàu biển làm bằng thép, người ta gắn vào phần mặt ngoài chìm dưới nước của nó những khối thép. Vì kẽm là kim loại hoạt động hơn thép nên dễ bị ăn mòn hơn, còn thép làm tàu sẽ không bị ảnh hưởng gì. Khi khối kẽm bị ăn mòn, người ta sẽ thay thế nó.

Gắn một khối kẽm vào đuôi tàu để bảo vệ thân tàu

Một số dạng bài tập về sự ăn mòn điện hóa

Bài 1: Tại sao sao khi nối một sợi dây điện bằng đồng với một sợi dây điện bằng nhôm thì ở vị trí tiếp nối, sau một thời gian trở nên kém tiếp xúc?

Lời giải:

Khi đồng và nhôm tiếp xúc trực tiếp nhau một thời gian thì tại điểm tiếp xúc của 2 vật liệu này sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoá. Hiện tượng ăn mòn điện hóa sẽ làm phát sinh một chất có điện trở lớn và cản trở dòng điện chạy qua đây.

Bài 2: Một dây phơi quần áo gồm 1 dây đồng nối với 1 đoạn thép. Tại điểm nối của 2 dây, hiện tượng nào sẽ xảy ra khi để lâu ngày.

Lời giải:

Vì sắt là kim loại hoạt động hơn đồng nên nó sẽ đóng vai trò là anot và trong điều kiện không khí có hơi nước và oxy tạo thành pin điện hóa, sắt sẽ bị ăn mòn trước tức đoạn thép sẽ bị ăn mòn trước.

Sau khi theo dõi nội dung bài viết trên, chắc hẳn các bạn đã hiểu được sự ăn mòn điện hóa là gì cũng như cách bảo vệ vật dụng khỏi quá trình này. Để xem thêm nhiều bài viết hay và bổ ích hơn, các bạn hãy ghé thăm website labvietchem.com.vn và theo dõi nhé.

 Xem thêm:

• Tủ an toàn sinh học 
• Danh sách các kim loại dẫn điện tốt nhất theo thứ tự giảm dần độ dẫn điện