Bài tập ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại

 Thần” 
Page 4/12
Hình 1.1. Sơ đồ ăn mòn đều và ăn mòn cục bộ 
Ngoài ra còn có thể kể đến các dạng ăn mòn đặc thù khác, nh− ăn mòn 
chọn lọc, ăn mòn ứng suất (stress corrosion), ăn mòn nứt gpy (cracking corrosion 
hay stress corrosion cracking SCC), ăn mòn trong vũ trụ... 
1.1.3. Hiện t−ợng thụ động 
 Bề mặt kim loại ở trạng thái hoạt hoá sẽ tiếp xúc trực tiếp với môi tr−ờng. 
Nh−ng nếu có màng mỏng sản phẩm ăn mòn, d−ới dạng oxit hay hiđroxit hoặc cả 
hai, bám trên bề mặt sẽ tạo thành màng (barie) ngăn cản tiếp xúc kim loại - môi 
truờng, khi đó tốc độ ăn mòn sẽ giảm đi đáng kể. Hiện t−ợng này gọi là hiện 
t−ợng thụ động. 
Có kim loại đ−ợc thụ động tự nhiên dễ dàng do tính chất hoá lý bền kín 
của màng oxit, nh− nhôm (Al), nh−ng với Fe cần có những điều kiện nhất định 
mới có khả năng thụ động (xem giản đồ Pourbaix hình 1.2). 
Một số kim loại do bản chất nhiệt động bền môi tr−ờng, nên không bị ăn 
mòn trong tự nhiên, ví dụ nh− vàng (Au). 
1.1.4. Các yếu tố ảnh h−ởng dến quá trình ăn mòn kim loại 
- Các yếu tố bên trong:+ Độ bền nhiệt động của kim loại 
+ Cấu tạo và tính chất hợp kim 
+ Đặc tính ứng suất 
+ Trạng thái bề mặt 
- Các yếu tố bên ngoài: 
Bề mặt tr−ớc khi bị ăn mòn 
Bề mặt sau khi bị ăn mòn 
e 
oxy hóa + khử ôxy hóa 
khử 
 ăn mòn đều ăn mòn cục bộ 
NXQ “Nhận gia sư mụn Húa Học cho mọi ủối tượng” Chemistry Teacher Education 
Copyright ☺ Ngụ Xuõn Quỳnh 
Phone: 0982081785 - 0979817885 
Email: netthubuon@gmail.com 
 “Thiờn Thần” 
Page 5/12
+ Bản chất dung dịch điện ly 
+ Tốc độ chuyển động của dung dịch điện ly 
+ Thành phần và nồng độ của dung dịch điện ly 
+ Nhiệt độ, áp suất môi tr−ờng 
+ Sự tiếp xúc giữa các kim loại với nhau trong dung dịch điên ly hình thành pin 
ăn mòn 
+ Dòng điện tản (rò điện) 
1.1.5. Nhiệt động học của quá trình ăn mòn 
Có thể mô tả phản ứng hoá học bằng ph−ơng trình tổng quát sau : 
 ∑νiBi = 0 (1.1) 
trong đó hệ số hợp thức νi của sản phẩm phản ứng luôn luôn d−ơng, của các chất 
tham gia phản ứng luôn luôn âm. Ký hiệu Bi chỉ chất hoá học i tham gia phản ứng. 
Enthapi tự do của phản ứng ∆G đ−ợc định nghĩa bằng ph−ơng trình 
 ∆G = ∑νiài (1.2) 
Sử dụng hằng số cân bằng K ta có thể viết ph−ơng trình (1.1) d−ới dạng sau : 
 ∆G = ∆Go + RTlnK (1.3) 
 Trong tất cả các phản ứng hoá học xảy ra tự phát, enthapi tự do của hệ phản 
ứng luôn luôn giảm. Nh− vậy phản ứng chỉ có thể xảy ra khi ∆G<0. Các kim loại 
có oxit tồn tại bền trong tự nhiên nh− Fe, Zn, Al... đều có ∆G của các oxit và 
hiđroxit nhỏ hơn không, do đó về nhiệt động học đều không bền trong môi tr−ờng 
tự nhiên, đều bị ăn mòn tự thân, hay nói cách khác là quá trình ăn mòn các kim 
loại này xảy ra tự nhiên không thể đảo ng−ợc. 
1.2. Ăn mòn điện hoá 
ăn mòn điện hoá là quá trình ăn mòn xảy ra trong môi tr−ờng điện ly, có 
sự trao đổi điện tử, nh−ng không trực tiếp giữa kim loại và chất oxi hoá nh− đối 
với ăn mòn hoá học, mà là gián tiếp qua điện cực anôt (cho điện tử) và điện cực 
catôt (nhận điện tử), do đó sinh ra dòng điện giữa anôt và catôt. Có thể đo đ−ợc 
dòng điện phát sinh do ăn mòn này. 
NXQ “Nhận gia sư mụn Húa Học cho mọi ủối tượng” Chemistry Teacher Education 
Copyright ☺ Ngụ Xuõn Quỳnh 
Phone: 0982081785 - 0979817885 
Email: netthubuon@gmail.com 
 “Thiờn Thần” 
Page 6/12
Sơ đồ phản ứng ăn mòn điện hoá xảy ra nh− sau 
Tại anôt 
M - ne → Mn+ (1.4) 
Tại catôt 
D + νe → Dν- (1.5) 
Tổng hợp phản ứng trong hệ khép kín (anôt tiếp xúc điện với catôt) ta có 
 νM + nD → νMn+ + nDν- (1.6) 
1.2.1. Nhiệt động học của quá trình ăn mòn điện hoá 
Để giải thích các hiện t−ợng hình thành một sản phẩm nào đó ng−ời ta 
dùng giản đồ Puorbaix để mô ta mối liên hệ giữa thế và pH của dung dịch, cân 
bằng điện hoá, hoá học xuất hiện trong quá trình ăn mòn. Các đ−ờng này chia 
giản đồ thế thành 3 miền: Miền không bị ăn mòn, miền ăn mòn và miền thụ 
động hoá. 
Hình 1.2 giới thiệu giản đồ Pourbaix E (V) – pH đối vơi Fe trong môi 
tr−ờng n−ớc. Đối với mỗi cặp điện thế E và pH ta xác định đ−ợc 1 toạ độ trên đồ 
thị, đối chiếu toạ độ đó nằm trong vùng ăn mòn hay thụ động sẽ xác định đ−ợc 
trạng thái của sắt. 
Ví dụ với điện thế -1V với pH<14 Fe luôn ở trạng thái bền không ăn mòn 
(còn gọi là trơ ăn mòn – immunity). Với E = 1V, pH< 7 Fe bị ăn mòn, nh−ng với 
pH >7 Fe đ−ợc thụ động, tốc độ ăn mòn giảm đi đáng kể. 
0.0 7.0 14.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
vùng bền vững
ăn mòn
ăn mòn
ăn mòn
thụ động
thụ động
ăn mòn
a
b
E
e
pH
Hình 1.2 Giản đồ cân bằng điện hoá của Fe (giản đồ Pourbaix), xác định 
NXQ “Nhận gia sư mụn Húa Học cho mọi ủối tượng” Chemistry Teacher Education 
Copyright ☺ Ngụ Xuõn Quỳnh 
Phone: 0982081785 - 0979817885 
Email: netthubuon@gmail.com 
 “Thiờn Thần” 
Page 7/12
vùng ăn mòn, thụ động và ổn định nhiệt động của Fe trong môi tr−ờng n−ớc 
1.2.2. Cơ chế của phản ứng điện hoá 
 Một phản ứng điện hoá là một phản ứng phức tạp xảy ra qua nhiều giai đoạn 
trung gian, mỗi giai đoạn trung gian đ−ợc coi là một quá trình sơ cấp. Có 4 giai 
đoạn sơ cấp chính sau: 
1. Sự tải khối: Đó là sự tải chất phản ứng từ lòng dung dịch tới bề mặt điện cực 
(lớp điện kép) và sự tải sản phẩm phản ứng từ bề mặt điện cực. Sự tải khối đ−ợc 
thực hiện bằng các ph−ơng thức sau: 
- Điện chuyển: sự chuyển điện này có nguyên nhân là, khi có điện tr−ờng, xuất 
hiện chênh lệch thế; sự biến thiên thế theo khoảng cách đến bề mặt điện cực. 
- Khuếch tán: do sự chênh lệch nồng độ, sự biến thiên nồng độ này cũng theo 
khoảng cách tới bề mặt điện cực. 
- Đối l−u: do sự chênh lệch nhiệt độ, chênh lệch áp suất hoặc khuấy cơ học. 
2. Một số quá trình hoá lý nh− solvat hoá hoặc khử solvat tạo thành hiđroxit hay 
oxit, kết tủa, phản ứng hoá học hay điện hoá thứ cấp. 
3. Quá trình bề mặt: hấp phụ, khử hấp phụ, tạo mầm tinh thể và tăng tr−ởng. 
4. Sự chuyển điện tích: sự chuyển electron bề mặt điện cực, xảy ra ở vùng ranh 
giới pha, trên bề mặt điện cực, trong lớp điện kép. 
Tốc độ của phản ứng điện hoá phụ thuộc tốc độ của giai đoạn chậm nhất. 
1.2.3. Quá trình ăn mòn điện hoá 
Phản −ng ăn mòn điện hoá cũng tuân theo qui luật chung của phản ứng điện 
cực. Xét tr−ờng hợp nhúng một thanh kim loại không đồng nhất vào dung dịch 
điện ly không đồng nhất. Lấy hai vùng không đồng nhất bất kỳ nằm sát nhau trên 
bề mặt thanh kim loại, ta thấy có những quá trình sau: 
a. Qúa trình anôt 
Ion kim loại ở bề mặt kim loại tiếp xúc với dung dịch điên ly bị hidrat hóa chuyển 
vào dung dịch. Bề mặt kim loại d− điện tử. 
 M – ne → Mn+ 
NXQ “Nhận gia sư mụn Húa Học cho mọi ủối tượng” Chemistry Teacher Education 
Copyright ☺ Ngụ Xuõn Quỳnh 
Phone: 0982081785 - 0979817885 
Email: netthubuon@gmail.com 
 “Thiờn Thần” 
Page 8/12
Kim loại bị mất điện tử ( bị oxi hóa), tạo thành ion. Trong trạng thái cân bằng, thế 
điện cực tính theo ph−ơng trình Nernst: 
 ϕM = ϕ0 +
RT
nF
ln ( )nMa + 
Nếu đặt vào hệ một điện thế ϕ,, khác giá trị tại thế cân bằng thì cân bằng bị phá vỡ, 
phản ứng điện hóa xảy ra tạo một cân bằng mới: 
 Nếu ϕ,, > ϕ : thì xảy ra quá trình oxi hóa, kim loại bị ăn mòn. 
 Nếu ϕ,, < ϕ : thì xảy ra quá trình khử, kim loại không bị ăn mòn. 
b. Qúa trình catôt 
 Quá trình catôt là quá trìn nhận điện tử, quá trình khử. Ion, nguyên tử, hay phân 
tử nhận điện tử trên bề mặt kim loại: 
 D + νe → Dν- 
 Trong đó D: chất khử cực. 
Thông th−ờng trong ăn mòn ta hay gặp 2 chất khử cực chính là oxi và H+. 
* Ăn mòn với sự khử phân cực oxi 
 Là quá trình ăn mòn kim loại mà phản ứng khử catôt do O2 gây ra. Qúa trình 
này rất phổ biến trong tự nhiên, xảy ra cả trong môi tr−ờng kiềm, muối trung tính, 
axit yếu. Oxi khuếch tán từ không khí vào dung dịch đến sát điện cực sẽ xảy ra ion 
hóa oxi. 
- Môi tr−ơng kiềm (trung tính): 
O2 + 2H2O + 4e → 4OH
- 
Điện thế cân bằng tính theo ph−ơng trình Nernst: 
 ϕ1O2 = ϕ
0
 + 
0.059
4
lg
( )
2O
4
OH
P
a −
 = 0.43 + 0.059
4
lg ( )
2O
P - 0.059 . lg
( )
w
a H
- Môi tr−ờng axit: 
O2 + 4H
+ + 4e → 2H2O 
NXQ “Nhận gia sư mụn Húa Học cho mọi ủối tượng” Chemistry Teacher Education 
Copyright ☺ Ngụ Xuõn Quỳnh 
Phone: 0982081785 - 0979817885 
Email: netthubuon@gmail.com 
 “Thiờn Thần” 
Page 9/12
 ϕO2 = ϕ
0
 + 
0.059
4
lg ( ){ }2
4
O H
P * a + 
 = 1.23 + 0.059
4
lg
2O
P + 0.059lg ( )Ha + 
* Ăn mòn với sự khử phân cực hydro 
 Là quá trình ăn mòn kim loại có khí H2 thoát ra do khử phân cực catôt là ion 
H+. Qúa trình này th−ờng xảy ra trong môi tr−ờng axit. Ion H+ khuếch tán đến sát 
điện cực, bị khử thành hidro qua hai giai đoạn: 
 2H + 2e (1)→ 2H ad 
(2)→ H2 
Đơn giản hoá ta có phản ứng : 2H+ + 2e→ H2 
Ta có: Điện thế điện cực theo ph−ơng trình Nernst: 
 ϕH2 = ϕ0 + 
0.059
2
lg
( )
2
2
H
H
a
P
+
 = 0.059lg ( )Ha + - 
0.059
2
lg ( )
2H
P 
 Qúa trình ăn mòn khử phân cực hidro bị chậm chủ yếu do tốc đô phản ứng catôt, 
do đó bề mặt catôt d− điện tử, điện thế điện cực chuyển về phía âm hơn. 
c. Anôt và catôt là hai nửa không thể tạch rời của phản ứng ăn mòn 
Có sự chuyển dịch điện tử từ vùng anôt đến vùng catôt; trong dung dịch cation và 
anion cũng chuyển dịch theo chiều ng−ợc lại. 
 Qúa trình xảy ra liên tục, các điện tử d− ở vùng anôt chuyển dời đến vùng catôt; 
bù lại số điện tử bị chất khử tiêu thụ, năng l−ợng tự do của hệ: ∆G, phải thỏa mpn 
điều kiện ∆G < 0. 
 ∆G = - nEF 
n: Số đ−ơng l−ợng gam ; F: Hằng số Faraday ; E:Sức điện động 
nguyên tố ăn mòn thuận nghịch E = ( )K TNV - ( )A TNV 
( )K TNV : Điện thế điện cực thuận nghịch trên điện cực catôt ở điều kiện làm việc ; 
ở đây ( )K TNV = ϕD
cb 
NXQ “Nhận gia sư mụn Húa Học cho mọi ủối tượng” Chemistry Teacher Education 
Copyright ☺ Ngụ Xuõn Quỳnh 
Phone: 0982081785 - 0979817885 
Email: netthubuon@gmail.com 
 “Thiờn Thần” 
Page 10/12
 ( )A TNV : Điện thế điện cực thuận nghịch trên điện cực anôt ở điều kiện làm việc; ở 
đây ( )A TNV = ϕM
cb 
n > 0, F> 0 ⇒ ∆G 0 
 Hay ϕD
cb - ϕM
cb > 0 ⇔ ϕD
cb - ϕM
cb > 0 
Từ điều kiện này ta hoàn toàn có thể