Do hợp kim cĩ những tính chất hĩa học, lí học, cơ học rất quý nên hợp kim được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành của nền kinh tế quốc dân. Ngành cơng nghiệp chế tạo máy bay, ơtơ, tên lửa cần những hợp kim nhẹ, bền, chịu được nhiệt độ cao và áp suất lớn. Ngành cơng nghiệp dầu mỏ, cơng nghiệp hĩa chất cần những hợp kim cĩ tính bền hĩa học và cơ học. Ngành xây dựng nhà cửa, cầu cống cần cĩ hợp kim vừa cứng vừa bền.
96
BÀI TẬP
1. Hợp kim là gì? Hợp kim được cấu tạo bằng những loại tinh thể nào? Những loại tinh thể này khác nhau như thế nào về thành phần. 2. những kiểu liên kết hĩa học nào cĩ thể cĩ trong hợp kim ?
3. Hãy so sánh tính chất vật lý và tính chất cơ học của hợp kim với các đơn chất trong hỗn hợp ban đầu.
4. Hãy kể 1 số hợp kim thường gặp. Chúng cĩ những tính chất gì và được dùng để làm gì?
BÀI 6 - ĂN MỊN KIM LOẠI VÀ CHỐNG ĂN MỊN KIM LOẠII - SỰ ĂN MỊN KIM LOẠI I - SỰ ĂN MỊN KIM LOẠI
Sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hĩa học của mơi
trường xung quanh gọi là sự ăn mịn kim loại. Kết quả kim loại bị oxi hĩa thành các ion dương và sẽ mất đi những tính chất quý báu của kim loại.
Mo - n.e = Mn+
Căn cứ vào mơi trường và cơ chế của sự ăn mịn kim loại, người ta phân thành 2 loại chính là: ăn mịn hĩa học và ăn mịn điện hĩa (ăn mịn điện hĩa học).
Ăn mịn hĩa học là sự phá hủy kim loại do kim loại phản ứng hĩa học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao. Đặc điểm của ăn mịn hĩa học là khơng phát sinh dịng điện (khơng cĩ các điện cực) và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mịn càng nhanh.
Sự ăn mịn hĩa học thường xảy ra ở những thiết bị của lị đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong hoặc các thiết bị tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Thí dụ:
97
Bản chất của ăn mịn hĩa học là quá trình oxi hĩa - khử , trong đĩ các electron của kim loại được chuyển trực tiếp sang mơi trường tác dụng.
2. Ăn mịn điện hĩa
Ăn mịn điện hĩa là sự phá hủy kim loại do kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dịng điện. Thí dụ, phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lịng đất, kim loại tiếp xúc với khơng khí ẩm… Vì vậy, ăn mịn điện hĩa là loại ăn mịn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất.
a) Thí nghiệm về ăn mịn điện hĩa: rĩt dung dịch H2SO4 lỗng (dung dịch điện li) vào cốc thủy tinh, cầm các lá kim loại khác chất, thí dụ là Zn nguyên chất và lá Cu vào cốc. Nối 2 lá kim loại bằng 1 dây dẫn, trên dây dẫn cĩ lắp 1 vơn kế hoặc 1 bĩng đèn pin (hình 18). Chúng ta sẽ quan sát được những hiện tượng sau:
- Lá Zn (cực -) bị ăn mịn nhanh trong dung dịch. - Kim vơn kế lệch (hoặc bĩng đèn pin sáng)
- Bọt khí hiđro thốt ra từ lá Cu (cực +).
Những hiện tượng trên được giải thích như sau:
+ Lá Zn bị ăn mịn nhanh vì các nguyên tử Zn nhường electron và bị oxi hĩa thành ion Zn2+ đi vào dung dịch: Zno - 2e = Zn2+.
+ Các electron của nguyên tử Zn di chuyển nhanh chĩng từ lá Zn sang lá Cu qua dây dẫn đã làm cho kim của vơn kế lệch.
+ Các ion H+ trong dung dịch axit di chuyển về lá Cu, tại đây chúng nhận electron của Zn và bị khử thành khí hiđro bay ra khỏi dung dịch: 2H+ + 2e = H2
Kết quả là lá Zn bị ăn mịn điện hĩa nhanh trong dung dịch điện li và tạo nên dịng điện.
Ngâm lá kẽm trong dung dịch axit (HCl, H2SO4 lỗng), lúc đầu lá kẽm bị hịa tan, nhưng sau đĩ bọt khí hiđro sinh ra bao kín lá kẽm, khiến cho lá kẽm ngừng tan hoặc tan rất chậm. Kẽm khơng
nguyênchât1, cĩ lẫn kim loại khác sẽ tan nhanh là do hiện tượng điện hĩa chứ khơng phải hiện tượng hĩa học.
b) Các điều kiện ăn mịn điện hĩa: các điều kiện cần và đủ để xảy ra sự ăn mịn điện hĩa là:
- Các điện cực phải khác chất nhau: cĩ thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim (C), cặp kim loại - hợp chất hĩa học (xementit Fe3C). Trong đĩ kim loại cĩ tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kim loại nguyên chất khĩ bị ăn mịn.
- Các điện cực phải tiếp xúc với nhau (hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn)
- các điện cực cùng tiếp xúc với 1 dung dịch điện li. c) Cơ chế của ăn mịn điện hĩa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chúng ta hãy tìm hiểu diễn biến ăn mịn 1 vật bằng gang (hoặc thép) trong mơi trường khơng khí ẩm. gang hoặc thép là những hợp kim Fe - C, trong đĩ cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể C. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và cùng tiếp xúc với 1 dung dịch điện li phủ ngồi (hơi nước trong khơng khí cĩ hịa tan 1 số oxit axit như CO2, SO2 hoặc H2S…) (hình 19). Như vậy, vật sẽ bị ăn mịn theo kiểu điện hĩa.
99
- Ở cực âm (tinh thể Fe): các nguyên tử Fe bị oxi hĩa thành Fe2+: Feo - 2e = Fe2+. Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đĩ đã cĩ 1
lượng khí oxi, tại đây chúng bị oxi hĩa tiếp thành Fe3+: Fe2+ - 1e = Fe3+. Gỉ sắt là hỗn hợp các hợp chất Fe3+ cĩ màu nâu đỏ.
- Ở cực dương (tinh thể C): các ion hiđro H+ của dung dịch điện li (nếu là dung dịch axit) di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đĩ thốt ra khỏi dung dịch điện li: 2H+ + 2e = H2
Nước cĩ hịa tan oxi, hoặc dung dịch chất điện li trung tính, hoặc dung dịch bazơ cĩ thể ăn mịn điện hĩa đối với nhiều kim loại. Trong trường hợp này, ở cực dương sẽ xảy ra sự khử oxi: 2H2O + O2 + 4e = 4OH-
Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hĩa từ ngồi vào trong. Sau 1 thời gian, vật bằng gang (thép) sẽ bị ăn mịn hết.
d) Bản chất của ăn mịn điện hĩa: bản chất của ăn mịn điện hĩa là 1 quá trình oxi hĩa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. Ở cực âm xảy ra quá trình oxi hĩa kim loại, ở cực dương xảy ra quá trình khử các ion H+ (nếu dung dịch điện li là axit).