Ăn mòn điện hóa học là quá trình phá hủy kim loại do tác dụng của môi trường điện ly và tạo thành dòng điện. Dưới đây là các trường hợp xảy ra ăn mòn điện hóa học, kèm theo giải thích chi tiết:
1. Hai kim loại khác nhau tiếp xúc trực tiếp trong môi trường điện ly:
Giải thích:
Khi hai kim loại khác nhau (ví dụ: Zn và Cu) tiếp xúc trực tiếp với nhau trong môi trường điện ly (ví dụ: dung dịch muối, axit, kiềm), một pin điện hóa sẽ được hình thành. Kim loại có tính khử mạnh hơn (thế điện cực chuẩn nhỏ hơn) sẽ đóng vai trò là cực âm (anot) bị ăn mòn, nhường electron cho kim loại có tính khử yếu hơn (cực dương – catot). Electron di chuyển từ anot sang catot thông qua dây dẫn kim loại, trong khi các ion di chuyển trong dung dịch điện ly để hoàn thành mạch điện.
Ví dụ:
Tôn lợp nhà (sắt tráng kẽm): Kẽm có tính khử mạnh hơn sắt nên bị ăn mòn trước, bảo vệ sắt.
Vỏ tàu biển bằng thép gắn thêm các tấm kẽm: Kẽm sẽ bị ăn mòn thay cho thép.
Ống thép chôn dưới đất ẩm ướt tiếp xúc với đồng.
2. Một kim loại nhưng có lẫn tạp chất có thế điện cực khác biệt trong môi trường điện ly:
Giải thích:
Ngay cả khi chỉ có một kim loại, nếu trong thành phần của nó có lẫn các tạp chất có thế điện cực khác biệt (ví dụ: Fe lẫn C trong gang), thì tại bề mặt kim loại sẽ hình thành nhiều pin điện hóa nhỏ. Kim loại đóng vai trò là anot sẽ bị ăn mòn, trong khi tạp chất đóng vai trò là catot.
Ví dụ:
Gang để trong không khí ẩm: Gang là hợp kim của sắt và carbon. Sắt có tính khử mạnh hơn carbon nên bị ăn mòn, tạo thành gỉ sắt (Fe2O3.nH2O), còn carbon đóng vai trò là catot.
3. Kim loại tiếp xúc với dung dịch điện ly không đồng nhất về nồng độ hoặc thành phần:
Giải thích:
Sự khác biệt về nồng độ hoặc thành phần của dung dịch điện ly tại các vị trí khác nhau trên bề mặt kim loại cũng có thể tạo ra sự chênh lệch về điện thế, dẫn đến hình thành pin điện hóa. Vùng kim loại tiếp xúc với dung dịch có nồng độ thấp hơn hoặc thành phần khác biệt hơn sẽ có xu hướng bị ăn mòn mạnh hơn.
Ví dụ:
Một ống thép ngâm một phần trong nước biển: Phần ống ngập sâu hơn, nơi có nồng độ oxy thấp hơn, sẽ trở thành anot và bị ăn mòn nhanh hơn so với phần ống gần bề mặt, nơi có nồng độ oxy cao hơn.
Kim loại tiếp xúc với dung dịch axit không đều: Vùng tiếp xúc với axit có nồng độ cao hơn sẽ bị ăn mòn nhanh hơn.
4. Sự ăn mòn điện hóa do chênh lệch oxy (Differential Aeration):
Giải thích:
Đây là một trường hợp đặc biệt của ăn mòn điện hóa, xảy ra khi có sự khác biệt về nồng độ oxy hòa tan trong môi trường điện ly tiếp xúc với kim loại. Vùng kim loại tiếp xúc với nồng độ oxy thấp hơn sẽ trở thành anot và bị ăn mòn. Oxy đóng vai trò là chất khử ở catot.
Ví dụ:
Một giọt nước đọng trên bề mặt kim loại: Phần kim loại ở trung tâm giọt nước, nơi oxy khó khuếch tán đến, sẽ trở thành anot và bị ăn mòn. Vùng kim loại ở rìa giọt nước, nơi tiếp xúc với oxy nhiều hơn, sẽ là catot.
Kim loại bị che khuất hoặc nằm trong khe hẹp: Những khu vực này thường có nồng độ oxy thấp hơn và dễ bị ăn mòn hơn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn điện hóa:
Thành phần và tính chất của kim loại:
Kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ dễ bị ăn mòn hơn.
Môi trường điện ly:
Nồng độ, thành phần, nhiệt độ và độ pH của môi trường điện ly ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn.
Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các kim loại:
Diện tích tiếp xúc càng lớn, tốc độ ăn mòn càng cao.
Nhiệt độ:
Nhiệt độ tăng thường làm tăng tốc độ ăn mòn.
Lưu ý:
Ăn mòn điện hóa học chỉ xảy ra khi có đồng thời cả môi trường điện ly và sự khác biệt về điện thế giữa các vùng trên bề mặt kim loại.
Việc hiểu rõ các yếu tố gây ra ăn mòn điện hóa giúp chúng ta có thể áp dụng các biện pháp bảo vệ kim loại hiệu quả hơn, như sử dụng vật liệu chống ăn mòn, sơn phủ bảo vệ, bảo vệ catot, sử dụng chất ức chế ăn mòn, v.v.
Hy vọng điều này cung cấp cho bạn một cái nhìn chi tiết về các trường hợp ăn mòn điện hóa học.