电偶腐蚀：机理，实例，防护 - 化学

所述电偶或电化学腐蚀是一个过程，其中金属或合金劣化更急剧相比于常规氧化。可以说，它是加速的氧化，甚至是有意促进的。如电池或电池。

这在许多条件下发生。首先，必须有一种称为阳极的活性金属。另外，其次，必须有一种称为阴极的低反应性贵金属。第三和第四条件是存在诸如水之类的电子在其中传播的介质，以及离子种类或电解质的存在。

生锈的铁冠。资料来源：Pixnio。

电腐蚀在海洋环境或海滩海岸中尤其明显。气流会增加水蒸气的质量，而水蒸气又会携带一些离子。后者最终会粘附在薄薄的水层或滴落在金属表面上的水滴上。

这些湿度和盐度条件有利于金属的腐蚀。也就是说，如上图所示的铁冠如果暴露在海附近，会更快地生锈。

一种金属与另一种金属相比必须氧化的难易程度可以通过其还原电位进行定量测量。化学书中充斥着具有这些潜力的桌子，您的负性越大，就越容易生锈。

同样地，如果该金属存在具有非常正的还原电位的另一金属，因此具有大的ΔE，则反应性金属的氧化将更具侵蚀性。其他因素（例如pH值，离子强度，湿度，氧气的存在以及被氧化和被还原的金属的面积之间的关系）也很重要。

机制

概念和反应

在解决电腐蚀背后的机理之前，应先阐明某些概念。

在氧化还原反应中，一个物种失去电子（氧化），而另一物种获得电子（还原）。发生氧化的电极称为阳极。并在其上发生还原，即阴极（英语中通常使用记忆法则redcat记住它）。

因此，对于金属M的电极（一片，螺钉等），如果被氧化，则称其为阳极：

M =>中号^{N +} + NE ^-

释放的电子数将等于所得阳离子M ^{n +}的正电荷的大小。

然后另一个电极或金属R（两种金属必须以某种方式接触）接收释放的电子；但是如果它获得电子，则不会发生化学反应，因为它只会传导电子（电流）。

因此，溶液中还必须存在可以正式接受这些电子的其他物质。易还原的金属离子，例如：

R ^{n +} + ne ^- => R

也就是说，将形成一层金属R，因此电极将变得更重；而金属M会由于其原子溶解而失去质量。

消偏器

如果没有可以轻松还原的金属阳离子怎么办？在这种情况下，介质中存在的其他物质将带走电子：去极化器。这些密切相关的pH值：o ₂，H ⁺，OH ^-和H ₂ O.

氧气和水通过以下化学方程式表示的反应获得电子：

Ò ₂ + 2H ₂ O + 4E ^- => 4OH ^-

当H ⁺离子转化为H _2时：

2H ⁺ + 2e ^- =>高₂

它即在OH物种^-和H ₂是常见的产品或电电化学腐蚀。

即使金属R不参与任何反应，它比M贵的事实也会促进其氧化。因此，将有一个较高的生产OH的^-离子或氢气。因为毕竟这是还原电位ΔE之间的差异，这些电位是这些过程的主要驱动力之一。

铁腐蚀

铁的腐蚀机理。资料来源：维基百科。

经过前面的说明，可以讨论铁腐蚀的示例（上图）。假设有一薄层水溶解了氧气。在没有其他金属的情况下，将由去偏振器为反应定调。

因此，铁会从其表面失去一些原子，并以Fe ²⁺阳离子的形式溶于水：

FE =>的Fe ²⁺ + 2e中^-

这两个电子将穿过铁片，因为它是良好的电导体。因此，已知氧化或阳极位置开始的位置；但不在进行还原或阴极位置的地方。阴极位置可以在任何地方。并且其可能的面积越大，金属腐蚀越严重。

假设电子到达上图所示的点。有氧气和水进行已描述的反应，通过该OH ^-被释放。这些OH ^-阴离子可以与铁发生反应²⁺形成的Fe（OH）₂，其沉淀并随后经受氧化，最终将其转换生锈。

同时，阳极部位越来越开裂。

例子

在日常生活中，电偶腐蚀的例子很多。我们不必提及铁冠：在潮湿和盐碱环境下，任何由金属制成的人工制品都可以经过相同的过程。

除了海滩，冬天还可以提供理想的腐蚀条件；例如，在道路上将盐铲入雪中以防止汽车打滑时。

从物理角度来看，水分可以保留在两种金属的焊接接头中，是腐蚀的活性部位。这是因为两种金属的行为都像两个电极，反应性更强的一种失去了电子。

如果OH的生产^-离子是相当大的，它甚至可以腐蚀汽车的油漆或有问题的设备。

阳极指数

可以使用还原电位表构建自己的电偶腐蚀示例。但是，将选择阳极索引表（本身已简化）来说明这一点。

不同金属或合金的阳极指数。资料来源：维基百科。

例如，假设我们要构建一个电化学电池。阳极指数表顶部的金属更阴极。也就是说，它们很容易减少，因此很难解决。虽然底部的金属更具阳极或反应性，但它们容易腐蚀。

如果我们选择金和铍，则两种金属不能长期在一起，因为铍会很快氧化。

另一方面，如果我们有一个Ag ⁺离子溶液并且将铝棒浸入其中，它会在金属银颗粒沉淀的同时溶解。如果将此条连接到石墨电极，电子将向其移动，以电化学方式将银作为银膜沉积在其上。

如果不是由铝制成，而是由铜制成，则由于水中存在Cu ²⁺离子，溶液会变成带蓝色的。

电化学腐蚀防护

牺牲涂料

假设您要在其他金属存在下保护锌板免受腐蚀。最简单的选择是添加镁，该镁将覆盖锌，这样，一旦被氧化，从镁中释放出的电子将还原Zn ²⁺阳离子。

然而，锌上的MgO膜将尽早而不是迟早破裂，从而提供了高电流密度的阳极位。也就是说，锌腐蚀将在这些点急剧加速。

这种防止电化学腐蚀的技术被称为牺牲涂层的使用。最著名的是锌，锌是著名的镀锌技术。在它们中，金属M（尤其是铁）涂有锌（Fe / Zn）。

同样，锌会氧化，其氧化物会覆盖铁并向其中传输电子，从而还原可能形成的Fe ²⁺。

高贵涂料

再次假设您要保护同一块锌，但是现在您将使用铬代替镁。铬比锌更贵重（阴极更多，请参见阳极指数表），因此可作为贵金属涂层。

这种涂层的问题在于，一旦破裂，它将进一步促进并加速下面金属的氧化。在这种情况下，锌的腐蚀甚至比镁覆盖的腐蚀还要严重。

最后，还有其他涂料，包括油漆，塑料，抗氧化剂，脂肪，树脂等。

儿童实验

铁板溶解铜盐

可以从相同的阳极指数表中设计出一个简单的实验。将一个适量（少于10克）的CuSO ₄ ·5H ₂ O溶于水中，要求一个孩子浸入一块抛光的铁板上。拍照并允许该过程展开几个星期。

溶液最初是带蓝色的，但在铁板变成铜色时会开始褪色。这是由于以下事实：铜比铁贵，因此，铜的Cu ²⁺阳离子将从铁的氧化所产生的离子中还原为金属铜：

FE =>的Fe ²⁺ + 2e中^-

铜²⁺ + 2e ^- =>铜

氧化银清洗

随着时间的流逝，银物体会变黑，尤其是当它们与硫化合物源接触时。可以通过将物体浸入盛有小苏打和铝箔的水桶中来清除锈蚀。碳酸氢盐提供的电解质将促进电子在物体和铝之间的传输。

结果，孩子会意识到该物体失去了黑点，并会以其特有的银色发光。而铝箔将腐蚀消失。

参考文献

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惠特顿，戴维斯，佩克和斯坦利。（2008）。化学。（第8版）。圣智学习。
维基百科。（2019）。电腐蚀。从以下位置恢复：en.wikipedia.org
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乔治·卡波尼（Giorgio Carboni）。（1998）。电化学实验。从以下网址恢复：funsci.com

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