1、金属的电化学腐蚀和防腐以氧化还原反应为基础的各种化学电池是重要的电力来源，但由这类反应引发的腐蚀过程的确也在给人类添乱。 钢铁是最重要的结构材料, 据估计, 世界钢铁年产量的 20%用于更新因生锈而损坏的钢铁制件。铁生锈现象因此而成为人们最关心的一种腐蚀过程。这里先讨论腐蚀的电化学原理，接着您将会了解，同样的原理又是怎样用于防止腐蚀的。铁生锈过程是铁被 O2氧化生成铁的水合氧化物(Fe 2O3xH2O)的过程。但如果没有水存在, 该过程将极为缓慢。通常 认为, 铁的生锈是 Fe, O2和 H2O(湿气)参与的一种电化学过程。参见图 S-6-6 的示意: 金属表面的一个区域作为阳极, 阳极发生的
2、氧化半反应是:Fe(s) Fe2+(aq) + 2 e - 反应中产生的电子经过金属流到表面的另一个区域(阴极), 在那里将空气中的 O2还原为H2O:O2(g) + 4 H3O+(aq) + 4 e- 6 H2O(l) 阳极生成的 Fe2+最终被氧化为 Fe3+, 后者形成的水合氧化物即铁锈:4 Fe2+(aq) + O2(g) + 4 H2O(l) + (2x+8) H2O(l) 2 (Fe2O3xH2O)(s) + 8 H3O+(aq) 作为阳极的区域往往是供氧不充分的区域(例如被泥土覆盖等), 作为阴极的区域往往是供氧较充分的光滑表面。由于阴极氧供应比较充分, 铁锈往往就在那里沉积。如
3、果仔细观察一把长期放在潮湿空气中、刃口附着有 脏物的铁锹, 您会发现, 被污物覆盖的区域往往出现凹陷(Fe 氧化为 Fe2+后经由溶液 转移至其它区域), 而 锈则在与氧充分接触的其他部位生成。盐的存在会导致腐蚀加快, 这是因为盐的组成离子提供了完成电池回路所需的电解质。这使得冬季行驶在撒盐路面上的汽车更容易受到腐蚀。铁质材料和铁制器件通常通过涂油漆或镀以锡、锌、铬等其他金属以防止表面腐蚀。例如, 饮 料和食品罐头盒用的薄板钢材可以通过镀锡防止腐蚀。不过, 一旦镀层破损使铁质暴露在空气和水中, 不但不再能起到保护作用, 而且将会加速腐蚀。这是因为构成了分别以锡和铁为电极的原电池。以 标准电极电
4、势作参考进行判断, Fe 作为阳极, 将优先于 Sn 被空气中的 O2所氧化, 相关的半反应同前。镀层为锌的铁叫白铁。与锡镀层不同的是, 镀层表面破 损后仍能起到保护作用。这是因为 Zn 比 Fe 活泼, 从而成为电化学腐蚀过程的阳极。相关的半反应为:阳极: Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e - 阴极: O2(g) + 4 H3O+(aq) + 4 e- 6 H2O(l)该过程的最终结果是, Zn 代替 Fe 被腐蚀。从理论上讲, 作 为阳极的 Zn 被耗尽之前, 作为阴极的 Fe 是不会受到腐蚀的。将被保护的金属作为电化学电池的阴极而得到保护, 化学上叫作阴极保护(Cathodic
5、protection)。用来保护阴极的那Fig. 1 Corrosion of iron in contact with water.Fig. 2 Cathodic protection of an iron water pipe.个被氧化的活泼金属叫殉葬阳极(Sacrificial Anode)。阴极保护法被用于保护与水或潮湿土壤接触的大型钢铁物件, 如船舶、储罐和地下管道等。在美国, 每年大约有 5 000 多吨金属镁用作殉葬阳极。图 2 示意地下水管道的保护, 金属镁用作殉葬阳极, 通过导线与管道焊接在一起, 并与管道一起埋在地下。为了促进离子导电, 金属镁周围填以石膏、硫酸钠和黏土的混合物。
