Gang và thép là những hợp kim quan trọng nhất của sắt, đóng vai trò xương sống trong ngành xây dựng và công nghiệp. Tuy nhiên, sự kết hợp giữa sắt, carbon và độ ẩm không khí lại vô tình tạo ra các "pin điện hóa" siêu nhỏ, dẫn đến quá trình ăn mòn điện hóa phá hủy cấu trúc kim loại từ bên trong. Bài viết này sẽ giải thích chi tiết cơ chế hóa học của hiện tượng này.
Ăn mòn điện hoá các hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm ảnh hưởng lớn đối với nền kinh tế của các quốc gia. Hãy giải thích quá trình ăn mòn này.
Để giải thích quá trình ăn mòn điện hóa, chúng ta cần xác định đủ 3 yếu tố cấu thành nên một pin điện hóa:
Hai điện cực: Trong gang/thép, đó là các tinh thể sắt (Fe) và các tinh thể carbon (C).
Sự tiếp xúc: Các tinh thể này nằm sát nhau và tiếp xúc trực tiếp trong mạng tinh thể hợp kim.
Dung dịch điện li: Lớp nước mưa hoặc hơi ẩm bám trên bề mặt kim loại có hòa tan khí $CO_2$ và $O_2$ từ khí quyển.
Giải thích quá trình ăn mòn điện hoá các hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm:
Trong không khí ẩm, trên bề mặt gang, thép luôn có lớp nước mỏng đã hoà tan khí oxygen và carbon dioxide tạo thành dung dịch chất điện li.
Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) thành phần của gang, thép tiếp xúc với dung dịch đó, tạo nên vô số pin điện hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon.
Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e
Ở cathode, xảy ra quá trình khử: O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq)
Fe2+ tiếp tục bị oxi hoá bởi oxygen không khí, tạo thành gỉ sắt có thành phần chính là Fe2O3.nH2O.
Qua lời giải bài 2 trang 90 Hóa 12 Chân trời sáng tạo SGK các em cần lưu ý:
Bản chất: Ăn mòn điện hóa gang, thép là sự oxi hóa $Fe$ tại cực âm của pin điện hóa.
Tác hại: Làm giảm độ bền cơ học, gây hỏng hóc máy móc và sụp đổ công trình nếu không được bảo vệ.
Giải pháp: Sơn phủ bề mặt, mạ kẽm (bảo vệ bề mặt) hoặc dùng phương pháp điện hóa (nối với một mẩu Magie hoặc Kẽm).
• Xem thêm:
Bài 1 trang 90 Hóa 12 Chân trời sáng tạo: Phân biệt ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá.