第三节 金属的腐蚀与防护

一、金属的腐蚀

1. 概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象
2. 实质：金属原子失去电子被氧化，\(\ce{M - ne^{-} \xlongequal[]{} M^{n+}}\)
3. 分类：根据与金属接触的气体或液体的不同，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀

二、化学腐蚀与电化学腐蚀

2.1 化学腐蚀

1. 概念：金属与周围介质只发生化学作用而不产生电流的腐蚀过程。
2. 分类：根据接触的物质又分为液体腐蚀和气体腐蚀
3. 气体腐蚀：金属在完全干燥的环境中产生的表面腐蚀，如钢材在高温下容易被氧化，表面生成由\(\ce{FeO}\)、\(\ce{Fe2O3}\)、\(\ce{Fe3O4}\) 组成的一层氧化物
4. 液体腐蚀：金属在非电解质溶液中表面产生的腐蚀，如输油、输气的管道被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀
5. 影响因素：温度对化学腐蚀的影响很大

2.2 电化学腐蚀

1.电化学腐蚀概况

1. 概念：不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应，较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀
2. 分类：根据电解质溶液的不同大气腐蚀、电解腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀
3. 大气腐蚀：金属在大气中的腐蚀是最常见的类型，如金属在潮湿的空气中发生的腐蚀
4. 电解腐蚀：金属在天然水或水溶液等电解质溶液中发生的金属表面的腐蚀。根据介质特性电解腐蚀又分为酸腐蚀、碱腐蚀、盐腐蚀三类
5. 土壤腐蚀：土壤对金属表面作用而产生的腐蚀现象。如金属管道在地下埋设中经常出现
6. 海水腐蚀：船舶等长期被海水浸泡发生的腐蚀

2.按性质分——吸氧腐蚀、析氢腐蚀(以铁生锈为例)

1. 示例（生成铁锈的完整反应）：
   1. \(\ce{Fe^{2+} + 2OH^{-} \xlongequal[]{} Fe(OH)3 v}\)
   2. \(\ce{4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O \xlongequal[]{} 4Fe(OH)3}\)
   3. \(\ce{2Fe(OH)3 \xlongequal[]{} Fe2O3·xH2O + (3-x)H2O}\)
2. 吸氧腐蚀 ：在生产生活中非常普遍，无论氢之前还是之后都会发生，位于氢之后的金属一般只发生吸氧腐蚀，是金属腐蚀的主要形式
3. 析氢腐蚀 ：实质是\(\ce{H^{+}}\) 氧化金属，只有排在氢前且在较强的酸性条件下才可能发生

2.3 两种腐蚀的异同点

1. 相同：本质相同，都是金属被氧化成为金属离子
2. 区别：
   1. 化学腐蚀无电流产生，电化学腐蚀有微弱的电流产生
   2. 电化学腐蚀比化学反应速率快，所以危害也更严重
3. 联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀

三、金属腐蚀快慢的判断方法

1. 在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是：

电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极

1. 在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀；

金属在强电解质中的腐蚀>金属在弱电解质中的腐蚀

1. 对同一种电解质溶液来说，浓度大的电解质的腐蚀>浓度小的电解质液的腐蚀速度（钝化除外）
2. 一般纯度越高的金属，腐蚀速率越慢
3. 不纯的金属或合金，在潮湿的空气中的腐蚀速率远大于在干燥隔绝空气条件下的腐蚀速率
4. 活泼性越强的金属腐蚀越快

四、金属的防护

1. 防护本质：阻止目标金属发生化学反应
2. 防护方法：
   1. 改变金属材料的组成：在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。例如把镍、铬加入到普通钢中制成不锈钢
   2. 金属表面覆盖保护层：将金属制品与周围物质隔开，如喷漆、涂油、电镀
   3. 根据不同条件选用合适金属，或者控制和改善环境（如选用缓蚀剂）
   4. 电化学保护法