GIA SƯ SV · HÓA HỌC 12

Bài 22. Ăn mòn kim loại – Hóa học 12

Em sẽ học được gì? Phân biệt ăn mòn hóa học và điện hóa, giải thích điều kiện ăn mòn và lựa chọn cách bảo vệ.

Trước khi học: Oxi hóa – khử, thế điện cực, tính chất hóa học của kim loại.

1. Khái niệm và tác hại

Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại/hợp kim do phản ứng hóa học hoặc điện hóa với môi trường. Thiệt hại có thể là giảm khối lượng, giảm độ bền và hỏng kết cấu. Gỉ sắt có thành phần phức tạp gồm các dạng oxide/hydroxide sắt ngậm nước, không nên khẳng định gỉ sắt là một chất tinh khiết duy nhất.

2. Ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa

Ăn mòn hóa học: kim loại phản ứng trực tiếp với chất trong môi trường, chẳng hạn kim loại bị oxi hóa ở nhiệt độ cao. Ăn mòn điện hóa: có các vùng anode–cathode điện hóa, electron truyền qua phần dẫn điện và môi trường điện li cho phép các ion dịch chuyển. Hai vùng có thể nằm trên cùng một vật kim loại không đồng nhất, không nhất thiết là hai thanh kim loại riêng biệt.

Ví dụ sắt tiếp xúc đồng trong dung dịch điện li có O₂: thường Fe dễ bị oxi hóa hơn, $\mathrm{F}\mathrm{e}\to \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}$. Tại vùng cathode, oxygen có thể bị khử: ${\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+4{\mathrm{e}}^{-}\to 4\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ trong môi trường trung tính/kiềm. Cơ chế thực tế phụ thuộc oxygen, pH và cấu trúc bề mặt.

3. Các cách bảo vệ

• Cách ly môi trường: sơn, phủ polymer, bôi dầu, xử lý bề mặt, mạ phù hợp.
• Bảo vệ điện hóa: ghép với kim loại hy sinh hoạt động hơn (ví dụ Zn bảo vệ Fe) hoặc dùng hệ áp dòng cho công trình thích hợp.
• Thiết kế và bảo trì: tránh bẫy ẩm, lựa chọn vật liệu/hợp kim và kiểm tra định kỳ.

Không coi lớp mạ Zn và mạ Sn bảo vệ vết xước theo cùng một cơ chế: Zn có thể hy sinh bảo vệ sắt, còn khi lớp Sn bị thủng trong môi trường điện li, Fe có thể bị ăn mòn điện hóa mạnh hơn.

4. Giải thích hiện tượng thường gặp

Trong không khí ẩm, hai vùng có thế điện cực khác nhau có thể hình thành ngay trên bề mặt sắt; nước có hòa tan chất điện li và oxygen duy trì phản ứng. Đinh sắt trong dầu cách ly môi trường ẩm tốt hơn đinh sắt trong nước muối. Sắt quấn dây Cu trong nước muối thường bị ăn mòn nhanh hơn sắt quấn dây Zn (Zn ưu tiên bị oxi hóa).

Ví dụ có lời giải

So sánh hai đinh sắt tiếp xúc Zn và Cu

Đề bài: Hai đinh Fe sạch lần lượt quấn dây Zn hoặc Cu rồi ngâm vào dung dịch NaCl loãng có oxygen. Dự đoán mẫu nào được bảo vệ tốt hơn.

Lời giải từng bước: Zn hoạt động mạnh hơn Fe nên ưu tiên đóng vai anode hy sinh, bảo vệ Fe. Cu ít hoạt động hơn Fe; khi tiếp xúc điện li, Fe có thể đóng vai anode và bị ăn mòn nhanh.

Tự kiểm tra trước khi mở đáp án

Câu hỏi: Mạ kẽm có thể bảo vệ sắt khi lớp mạ bị trầy nhờ nguyên tắc nào?

Những lỗi dễ mắc

• Cho rằng ăn mòn điện hóa bắt buộc có hai loại thanh kim loại khác nhau.
• Nhầm điện cực hy sinh Zn sẽ không bị mất khối lượng.
• Gọi mọi hiện tượng oxi hóa kim loại trong mọi hoàn cảnh là ăn mòn điện hóa.

Ghi nhớ và luyện tiếp

Kiểm tra lại bản chất phản ứng, điều kiện và đơn vị trước khi làm bài tập. Mở bộ Luyện tập tương ứng để làm câu hỏi nhận biết → thông hiểu → vận dụng; sau khi nộp mới xem giải chi tiết hoặc chọn chế độ học để nhận gợi ý từng bước.

Biên soạn học liệu: Gia Sư SV. Các sơ đồ được vẽ mới cho bài; không phải bản sao tài liệu PDF tham khảo.