Ăn mòn và bảo vệ kim loại ( Trịnh Xuân Sén ) - Chương 5

Ăn mòn điện hóa học5.1 Những khái niệm cơ bản5.1.1 Điện cực đơn và sự phân cựcĐiện cực đơn là một hệ điện hoá gồm chất dẫn điện loại 1 tiếp xúc với chất dẫn điện loại 2, trên mặt giới hạn pha chỉ xảy ra một phản ứng điện hóa.Ví dụ 1: Kim loại đồng nhúng vào CuSO4 không chứa oxi, khi đó phản ứng điện cực (xem hình 5.1.a):
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ăn mòn và bảo vệ kim loại ( Trịnh Xuân Sén ) - Chương 5 62Chương 5Ăn mòn điện hóa học5.1 Những khái niệm cơ bản5.1.1 Điện cực đơn và sự phân cực Điện cực đơn là một hệ điện hoá gồm chất dẫn điện loại 1 tiếp xúc với chất dẫn điện loại2, trên mặt giới hạn pha chỉ xảy ra một phản ứng điện hóa. Ví dụ 1: Kim loại đồng nhúng vào CuSO4 không chứa oxi, khi đó phản ứng điện cực(xem hình 5.1.a): Cu2+ + 2e Cu (5.1) Ứng với trạng thái cân bằng có thế cân bằng Ecb, phản ứng tự xảy ra và không có dòngngoài đi qua. Ví dụ 2: Kim loại platin nhúng trong dung dịch chứa hệ oxi hoá khử Fe3+, Fe2+. Phản ứngđiện cực là: Fe3+ + 1e Fe2+ (5.2) Đôi khi thế cân bằng Ecb của các phản ứng (5.1), (5.2) còn được gọi là thế thuận nghịchhoặc là thế dừng. Khi có sự phân cực điện cực bằng dòng ngoài hoặc bằng khép kín mạch điện, thế điện cực Eibị dịch ra khỏi thế cân bằng Ecb, độ lệch này được gọi là sự phân cực điện cực và thường được kíhiệu là Δ E hoặc η (quá thế). Δ E = η = Ei – Ecb Vậy: (5.3) Nếu độ lệch ΔΕ > 0 so với thế cân bằng Ecb gọi là độ phân cực anot và ngược lại là ΔΕ <0 - sự phân cực catot.5.1.2 Điện cực phức tạp - điện cực hỗn hợp Điện cực phức tạp là 1 hệ điện hoá gồm chất dẫn điện loại 1 tiếp xúc với chất dẫn điệnloại 2, song trên bề mặt giới hạn pha thường xảy ra nhiều phản ứng điện cực và ít nhất có haihệ oxi hoá khử xảy ra về mặt hình thức. Ví dụ: Kim loại đồng nhúng vào dung dịch CuSO4 có mặt H+ và oxi. Trên bề mặt giớihạn pha có thể xảy ra đồng thời các phản ứng: Hoà tan kim loại đồng: Cu – 2e → Cu2+ (5.4) nghĩa là có thể tồn tại hệ oxi hoá khử: Cu2+ + 2e Cu (5.4a) 63 Và kèm theo phản ứng: 1 O2 + 2H + + 2e → H2O (5.5) 2 nghĩa là có thể tồn tại hệ oxi hóa khử thứ 2 là: 1 O2 + 2H + + 2e H2O (5.5a) 2 Trong điều kiện cân bằng, trên mặt giới hạn pha tồn tại hai hệ oxi hoá khử ứng với cácphản ứng (5.4a) và (5.5a). Khi có sự phân cực trên mặt giới hạn pha xảy ra đồng thời hai phản ứng (5.4) và (5.5)theo chiều thuận và có phản ứng tổng cộng: 1 O2 + 2H + ⎯→ Cu2+ + H2O Cu + (5.6) 2 Trong trường hợp này kim loại đồng bị hoà tan, nghĩa là đồng bị ăn mòn kèm theo sự tiêuthụ oxi và không có dòng ngoài đi qua. Hình 5.1 Điện cực kim loại đồng nhúng dung dịch đồng sunfat a) Điện cực đơn; b) Điện cực phức Phản ứng (5.6) xảy ra sau một thời gian đạt trạng thái dừng ứng với thế dừng hoặc còngọi là thể hỗn hợp hoặc thế ăn mòn Eăm (xem hình 51.b).5.2 Hiện tượng ăn mòn điện hoá và các giai đoạn của quá trình ăn mòn điện hoá Ăn mòn điện hoá xảy ra khi kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li là sự phá huỷ kimloại xảy ra trên mặt giới hạn hai pha: kim loại và dung dịch chất điện li, khi đó kim loại bị hoàtan xảy ra trên vùng anot và kèm theo phản ứng giải phóng hiđro hoặc tiêu thụ oxi xảy ra trênvùng catot đồng thời sinh ra dòng điện. Quá trình ăn mòn điện hoá xảy ra tương tự sự hoạt độngcủa một pin điện bị khép kín mạch (xem hình 5.2). 64 Hình 5.2 Sơ đồ ăn mòn điện hoá của kim loại đặt trong dung dịch chất điện li Trên bề mặt kim loại có tồn tại các vùng anot và vùng catot là do sự chênh lệch về thếtrên bề mặt giới hạn pha. Có rất nhiều lí do để giải thích sự chênh lệch thế này. Ví dụ do cómặt phụ gia hợp kim, do sự lệch mạng các tinh thể kim loại v.v... Để giải thích quá trình ăn mòn điện hoá của một kim loại nhúng trong dung dịch điện li,ta xét trường hợp đơn giản được thể hiện trên hình 5.2. Trên bề mặt kim loại có hai vùng anotvà vùng catot. Giá trị thế điện cực tại vùng anot âm hơn so với thế điện cực vùng catot. Hệnày được khép kín mạch và xảy ra các phản ứng sau: Vùng anot xảy ra quá trình oxi hoá tức là kim loại bị hoà tan: Me – Ze ⎯→ MeZ+ (5.7) Ion kim loại trên bề mặt điện cực chuyển vào dung dịch đồng thời có electron dư trên kim ...