金屬腐蝕原理

1、3、3 金屬腐蝕原理3 . 3 。1概述從 腐 蝕 得 定 義 及 分 類 ， 我 們 知 道 腐 蝕 主 要 就 是 化 學(xué)過 程 , 我 們 可 以 把 腐 蝕 過 程 分 為 兩 種 可 能 得 主 要 機(jī) 理 - - 化 學(xué) 機(jī) 理 與 電 化 學(xué) 機(jī) 理 、化 學(xué) 腐 蝕 就 是 根 據(jù) 化 學(xué) 得 多 相 反 應(yīng) 機(jī) 理 , 金 屬 表 面得 原 子 直 接 與 反 應(yīng) 物 （ 如 氧 水 酸 ） 得 分 子 相 互 作用 。 金 屬 得 氧 化 與 氧 化 劑 得 還 原 就 是 同 時(shí) 發(fā) 生 得 , 電 子從 金 屬 原 子 直 接 轉(zhuǎn) 移 到 接 受 體 , 而 不 就 是

2、 在 時(shí) 間 或 空間 上 分 開 獨(dú) 立 進(jìn) 行 得 共 軛 電 化 學(xué) 反 應(yīng) 。金 屬 與 不 導(dǎo) 電 得 液 體 （ 非 電 解 質(zhì) ） 或 干 燥 氣 體 相 互作 用 就 是 化 學(xué) 腐 蝕 得 實(shí) 例 。 最 主 要 得 化 學(xué) 腐 蝕 形 式 就是 氣 體 腐 蝕 ， 也 就 就 是 金 屬 得 氧 化 過 程 （ 與 氧 得 化 學(xué)反 應(yīng) ) , 或 者 就 是 金 屬 與 活 性 氣 態(tài) 介 質(zhì) （ 如 二 氧 化 硫 硫 化 氫 鹵 素 蒸 汽 與 二 氧 化 碳 等 ) 在 高 溫 下 得 化 學(xué)作 用 。電 化 學(xué) 腐 蝕 就 是 最 常 見 得 腐 蝕 ， 金 屬

3、腐部 分 均 屬 于 電 化 學(xué) 腐 蝕 。 如 在 自 然 條 件 下 ( 壤 、 地 下 水 、 潮 濕 大 氣 、 酸 雨 等 ) 對(duì) 金 屬 得蝕 中 得 絕 大如 海 水 、 土腐 蝕 通 常 就是 電化學(xué)腐蝕.電化學(xué)腐蝕機(jī)理與純化學(xué)腐蝕機(jī)理得基本區(qū)別就是：電化學(xué)腐蝕時(shí),介質(zhì)與金屬得相互作用被分為兩個(gè)獨(dú)立得共軛反應(yīng)。陽圖 311 鐵得電化學(xué)腐蝕模型 極 過 程 就 是 金 屬 原 子 直 接 轉(zhuǎn) 移 到溶 液 中 , 形 成 水 合 金 屬 離 子 或 溶劑化金屬離子；另一個(gè)共軛得陰極過程就是留在金屬內(nèi)得過量電子被溶液中得電子接受體或去極化劑接受而發(fā)生還 原 反 應(yīng)大 播 放 l.左

4、圖即就是鐵得電化學(xué)腐蝕模型h ). (點(diǎn)擊放. 3 2金屬腐蝕得電化學(xué)概念1 、電極反應(yīng)及電極相 : 由 化 學(xué) 性 質(zhì) 與 物 理 性 質(zhì) 一 致 得 物 質(zhì) 組 成 得 、與 系統(tǒng) 得 其 她 部 分 之 間 有 界 面 隔 開 得 集 合 叫 做 相 。電 極 系 統(tǒng) ： 如 果 系 統(tǒng) 由 兩 個(gè) 相 組 成 ， 一 個(gè) 相 就 是 電子 導(dǎo) 體 ( 叫 電 子 導(dǎo) 體 相 ） , 另 一 個(gè) 相 就 是 離 子 導(dǎo) 體 （ 叫離 子 導(dǎo) 體 相 ） ， 且 通 過 它 們 互 相 接 觸 得 界 面 上 有 電 荷在 這 兩 個(gè) 相 之 間 轉(zhuǎn) 移 ， 這 個(gè) 系 統(tǒng) 就 叫 電 極

5、 系 統(tǒng) 。將一塊金屬( 比如銅）浸在清除了氧得硫酸銅水溶液中 , 就 構(gòu) 成 了 一 個(gè) 電 極 系 統(tǒng) . 在 兩 相 界 面 上 就 會(huì) 發(fā) 生 下述 物 質(zhì) 變 化 :c u （m ）c 2+ （ s o l ) 2 e （)這 個(gè) 反 應(yīng) 就 叫 電 極 反 應(yīng) , 也 就 就 是 說 在 電 極 系 統(tǒng) 中伴 隨 著 兩 個(gè) 非 同 類 導(dǎo) 體 相 ( c u 與 c s o 4 溶 液 ) 之 間 得 電荷 轉(zhuǎn) 移 而 在 兩 相 界 面 上 發(fā) 生 得 化 學(xué) 反 應(yīng) ， 稱 為 電 極 反應(yīng) 。 這 時(shí) 將 c u 稱 為 銅 電 極 。同 樣 我 們 將 一 塊 金 屬 放

6、 入 某 種 離 子 導(dǎo) 體 相 中 ， 也 會(huì)發(fā) 生 類 似 得 電 極 反 應(yīng) ：mm+ n e但 就 是 大 家 注 意 , 在 電 化 學(xué) 中 , 電 極 系 統(tǒng) 與 電 極 反 應(yīng)這 兩 個(gè) 術(shù) 語 得 意 義 就 是 很 明 確 得 ， 但 電 極 這 個(gè) 概 念 得含 義 卻 并 不 很 肯 定 , 在 多 數(shù) 場(chǎng) 合 下 ， 僅 指 組 成 電 極 系 統(tǒng)得 電 子 導(dǎo) 體 相 或 電 子 導(dǎo) 體 材 料 , 而 在 少 數(shù) 場(chǎng) 合 下 指 得就 是 某 一 特 定 得 電 極 系 統(tǒng) 或 相 應(yīng) 得 電 極 反 應(yīng) ， 而 不 就是 僅 指 電 子 導(dǎo) 體 材 料 。如一塊鉑

7、片浸在h 氣氛下得h c l 溶 液統(tǒng)得 就 是 電導(dǎo)體 相 得 水是：中， 此 時(shí)構(gòu) 成電極系子導(dǎo) 體 相p t與離子溶液 ， 其電 極反應(yīng)就1 2 h + （s o l)+ e （m ）我們稱之為氫電極而不就是圖 3- 氫電極示意圖鉑電極. （如左上圖， 點(diǎn)擊放大）電極反應(yīng)得特點(diǎn)就是: 所 有 電 極 反 應(yīng) 都 就 是 化 學(xué) 反 應(yīng) ，因 此 所 有 關(guān) 于化 學(xué) 反 應(yīng) 得 一 些 基 本 定 律 （ 如 當(dāng) 量 定 律 ， 質(zhì) 量 作 用 定律 ) 都 適 用 于 電 極 反 應(yīng) ， 但 它 又 不 同 于 一 般 得 化 學(xué) 反應(yīng) ；電極反應(yīng)必須發(fā)生在電極表面上； 3 兩個(gè)共軛得

8、氧化還原反應(yīng)。2 、電極電位金 屬 作 為 一 個(gè) 整 體 就 是 電 中 性 得 。 當(dāng) 金 屬 與 溶 液 接觸 時(shí) ， 由 于 其 具 有 自 發(fā) 腐 蝕 得 傾 向 ， 金 屬 就 會(huì) 變 成 離子 進(jìn) 入 溶 液 , 留 下 相 應(yīng) 得 電 子 在 金 屬 表 面 上 。 結(jié) 果 使 得金 屬 表 面 帶 負(fù) 電 。 而 與 金 屬 表 面 相 接 觸 得 溶 液 帶 正 電 。這 就 使 得 在 電 極 材 料 與 溶 液 之 間 得 相 界 區(qū) 不 同 于 電 極材 料 或 溶 液 本 身 , 該 相 界 區(qū) 通 常 稱 為 雙 電 層 . 由 于 雙 電層 得 建 立 ， 使

9、金 屬 與 溶 液 之 間 產(chǎn) 生 了 電 位 差 。 這 種 電位 差 就 叫 電 極 電 位 。 隨 著 時(shí) 間 得 推 移 ， 進(jìn) 入 溶 液 得 離子 越 來 越 多 , 留 在 表 面 得 電 子 也 越 來 越 多 ， 由 于 電 子 對(duì)離 子 得 吸 引 力 , 金 屬 得 離 子 化 傾 向 愈 來 愈 困 難 ， 最 后 達(dá)到 平 衡 . 此 時(shí) 就 有 一 個(gè) 不 變 得 電 位 量 , 稱 為 平 衡 電 位 。當(dāng) 溫 度 為 2 5 c , 金 屬 離 子 得 有 效 濃 度 就 是 1 克 離 子 / 升 ，（ 即 活 度 為 ） 時(shí) 得 平 衡 電 位 叫 標(biāo) 準(zhǔn)

10、電 極 電 位 .圖3 1 3電雙層結(jié)構(gòu)示意圖電 極 電 位 ( 金 屬 與 溶 液 得 電 位 差 ) 其 絕 對(duì) 值 即 ( 金 e 液 ） 我 們 就 是 無 法 測(cè) 量 出 來 得 、這個(gè)我們從下左圖中 （點(diǎn)擊放大） 可以清楚地瞧到、我 們 要 測(cè) 如 圖 中 得 （ u - l ) ，就 要 將 電 表 連 接 到 此 電 位 得 兩端 ， 為 此 必 須 引 入 金 屬 , 所 以 實(shí)際 上 我 們 測(cè) 得 得 電 位 就 是e ( e c u - e s l ） + ( e s o e m ） + ( e e - e ） ， 也 就 就 是 由 c u / 水 溶 液 與 m /

11、 水 溶 液 兩 個(gè) 電 極 系 統(tǒng) 所 組 成 得圖 -14原 電 池 得 電 動(dòng) 勢(shì) . 而 這 個(gè) 為 了 測(cè) 量一個(gè)電極系統(tǒng)得絕對(duì)而 使 用 得 電 極 系 統(tǒng) ( me / 水 溶 液 ) 叫電位無法測(cè)量示意圖參 考 電 極 （ 對(duì) 參 考 電 極 得 要 求 就 是 :電 極 反 應(yīng) 應(yīng) 保 持 平 衡 ， 且 與 該 電 極反 應(yīng) 有 關(guān) 得 各 反 應(yīng) 物 得 化 學(xué) 位 應(yīng) 保持 恒 定 ） 。因 此 ， 確 切 地 說 我 們 測(cè) 得 得 電 極 電 位 應(yīng) 就 是 待 測(cè) 電極 系 統(tǒng) 與 參 考 電 極 系 統(tǒng) 組 成 得 原 電 池 得 電 動(dòng) 勢(shì) 。在各種參考電極中

12、，有一個(gè)電極最重要，這就就是標(biāo)準(zhǔn)氫電極： 它就是鍍了鉑黑得t浸在壓力為1個(gè)大氣 壓 得 h 2 中 構(gòu) 成 得氣 電氛下得h 離子活度為每升極系統(tǒng)， 其電極反應(yīng)為： 1 克離/ 2 h2（子得溶液g )(so l)(p t)按 化 學(xué) 熱 力 學(xué) 中 規(guī) 定 ，該 電 極 得 標(biāo) 準(zhǔn) 電 極 電 位 為 零 。所 以 用 標(biāo) 準(zhǔn) 氫 電 極 與 待 測(cè) 電 極 系 統(tǒng) 組 成 得 原 電 池 得 電動(dòng) 勢(shì) 即 電 極 電 位 就 可 以 認(rèn) 為 就 是 等 同 于 待 測(cè) 系 統(tǒng) 得 電極 電 位 絕 對(duì) 值 。如 果 我 們 采 用 別 得 參 考 電 極 （ 用 飽 與 甘 汞 電 極 等 ） , 那 么 所 測(cè) 得 得 電 極 電 位 與 用 標(biāo) 準(zhǔn) 氫 電 極 所 測(cè) 得 得 電 極電 位 之 間 就 有 一 個(gè) 差 值 ， 這 個(gè) 差 值 只 決 定 于 參 考 電 極系 統(tǒng) , 而 與 待 測(cè) 電 極 系 統(tǒng) 無 關(guān) 。 測(cè) 定 了 這 些 差 值 后 ， 用不 同 得 參 考 電 極 測(cè) 出 得 電 極 電 位 值 之 間 可 以 互 相 換 算 .故 我 們 指 某 個(gè) 電 極 系 統(tǒng) 得 電 極 電 位 時(shí) 一 定 要 指 明 所 用得 參 考 電 極 類 型 .一 般 來 說 , 我 們 可 以 用 一 個(gè) 通 式 來 表 示 一 個(gè) 電 極 反應(yīng) :（- )