Ăn mòn kim loại và hợp kim: ăn mòn hóa học, điện hóa, cách chống ăn mòn, gang, thép và bài tập có đáp án
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tác dụng của môi trường xung quanh. Bài viết phân biệt ăn mòn hóa học và điện hóa, điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa, cơ chế gỉ sắt, các biện pháp chống ăn mòn, khái niệm hợp kim (gang, thép, inox, đồng thau) và bài tập có đáp án Hóa 12.
Ăn mòn kim loại là gì?
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh, trong đó kim loại bị oxi hóa thành ion dương. Ăn mòn gây thiệt hại lớn cho công trình, máy móc, nên chống ăn mòn là vấn đề kinh tế quan trọng.
Các dạng ăn mòn
| Dạng | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Ăn mòn hóa học | Kim loại phản ứng trực tiếp với chất oxi hóa trong môi trường, không phát sinh dòng điện | Sắt bị oxi hóa bởi $\ce{O2}$ ở nhiệt độ cao; thiết bị lò nung |
| Ăn mòn điện hóa | Hình thành pin điện hóa nhỏ, có dòng điện | Gỉ sắt trong không khí ẩm; gang, thép trong nước |
Với thép (Fe - C) trong không khí ẩm: anode (Fe) bị oxi hóa $\ce{Fe -> Fe^{2+} + 2e}$; cathode (C) xảy ra $\ce{O2 + 2H2O + 4e -> 4OH-}$. Sau đó $\ce{Fe^{2+}}$ tạo $\ce{Fe(OH)2}$ rồi $\ce{Fe(OH)3}$, mất nước thành gỉ sắt $\ce{Fe2O3.nH2O}$.
Ví dụ 1
Một tấm sắt tráng thiếc (sắt tây) bị xước tới lớp sắt. Kim loại nào bị ăn mòn?
Fe ($E^\circ = -0{,}44$) hoạt động hơn Sn ($-0{,}14$) nên Fe là anode, bị ăn mòn nhanh hơn.
Ví dụ 2
Sắt tráng kẽm (tôn) bị xước thì kim loại nào bị ăn mòn?
Zn hoạt động hơn Fe nên Zn là anode bị ăn mòn, Fe được bảo vệ.
Xem bài: Dãy điện hóa của kim loại
Chống ăn mòn kim loại
- Cách li kim loại với môi trường: sơn, mạ, bôi dầu mỡ, tráng men.
- Bảo vệ điện hóa: nối kim loại cần bảo vệ với kim loại hoạt động hơn (gắn tấm kẽm vào vỏ tàu biển, ống dẫn ngầm).
- Dùng hợp kim chống gỉ như thép không gỉ (inox).
- Thay đổi môi trường: loại bỏ chất oxi hóa, thêm chất ức chế ăn mòn.
Hợp kim
| Hợp kim | Thành phần | Đặc điểm / ứng dụng |
|---|---|---|
| Gang | Fe với $2$–$5\%$ C | Cứng, giòn; đúc nồi, chi tiết máy |
| Thép | Fe với dưới $2\%$ C | Cứng, dẻo; xây dựng, chế tạo máy |
| Inox | Fe, Cr ($>10\%$), Ni | Không gỉ; dụng cụ y tế, đồ gia dụng |
| Đồng thau | Cu - Zn | Bền, dễ gia công; ổ khóa, nhạc cụ |
| Duralumin | Al, Cu, Mg, Mn | Nhẹ, bền; chế tạo máy bay |
Hợp kim là vật liệu gồm kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác; nhìn chung hợp kim cứng hơn và bền hơn kim loại thành phần, nhiệt độ nóng chảy thường thấp hơn.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Nêu ba điều kiện của ăn mòn điện hóa.
- Viết các quá trình ở điện cực khi thép gỉ trong không khí ẩm.
- Vì sao gắn tấm kẽm vào vỏ tàu biển bằng thép?
- Tôn (sắt tráng kẽm) và sắt tây (sắt tráng thiếc) khác nhau thế nào khi bị xước?
- Phân biệt gang và thép.
Đáp án
- Hai điện cực khác bản chất; tiếp xúc nhau; cùng nhúng trong dung dịch chất điện li.
- Anode: $\ce{Fe -> Fe^{2+} + 2e}$; cathode: $\ce{O2 + 2H2O + 4e -> 4OH-}$.
- Zn hoạt động hơn Fe nên bị ăn mòn thay, bảo vệ vỏ tàu.
- Tôn: Zn bị ăn mòn trước, Fe được bảo vệ; sắt tây: Fe bị ăn mòn nhanh hơn.
- Gang chứa $2$–$5\%$ C (giòn), thép chứa dưới $2\%$ C (dẻo, bền).
Tổng kết
Bài học liên quan
Xem tất cả bài học chủ điểm Đại cương về kim loại
Câu hỏi thường gặp
Ăn mòn kim loại là gì?
Là sự phá hủy kim loại do tác dụng của môi trường xung quanh.
Ăn mòn điện hóa khác ăn mòn hóa học thế nào?
Ăn mòn điện hóa có dòng điện, ăn mòn hóa học thì không.
Làm sao chống gỉ sắt?
Sơn, mạ, bôi dầu mỡ, nối với kim loại hoạt động hơn, dùng inox.
Hợp kim là gì?
Vật liệu gồm kim loại cơ bản và các kim loại hoặc phi kim khác.