6. Cấu trúc luận văn
1.4.4. Động học của ăn mòn điện hóa
Xét một hệ ăn mòn gồm 1 kim loại tiếp xúc với dung dịch điện phân. Hệ ăn mòn này tương đương với một pin điện bị đoản mạch do đó mọi dòng điện xuất phát từ anôt Ia phải tới catôt Ic[9].
Xét về mặt động học, ăn mòn kim loại 2 thông số đặc trưng là tốc độ ăn mòn và thế ăn mòn.
a. Tốc độ ăn mòn
Nếu Sa là diện tích khu vực anôt thì: Ia/m = Ia= ia. Sa
Vận dụng phương trình Volmer-Bulter đối với mật độ dòng ia, ic
Ia/m = Ia = Sa.ia = Sa.iO,M. exp [(1-α)nFηM/RT]
Ở đây iO,M là dòng trao đổi của phản ứng Mn+ + ne⇔ M; α là hệ số chuyển (0 <α<1), ηM là quá thế hoạt hóa của sự hòa tan kim loại ηM = φa/m – φM có giá trị dương.
Tương tự đối với phản ứng khử catôt trên kim loại ăn mòn ta có: Ia/m = Ic = Sc.ic = Sc.iO,D. exp [-αDnFηD/RT]
Ở đây iO,D là dòng trao đổi của phản ứng D + ne⇔ Dne; α là hệ số chuyển (0 <α<1).ηM là quá thế hoạt hóa của phản ứng khử ở catôt ηD = φa/m – φD có giá trị âm. Để đơn giản hóa giả thiết rằng α = ½ và có 1e trao đổi trong phản ứng catôt và anôt. Khi đó:
ia= iO,M. exp [FηM/2RT] = iO,M. exp [φa/mF/2RT]. exp[-φMF/2RT] ic= iO,D. exp [-FηD/2RT] = iO,D. exp [- φa/mF/2RT]. exp[φDF/2RT] Vì I a/m = Ia= Ic = ia.Sa= ic.Sc= √𝑖𝑎 𝑖𝑐𝑆𝑎𝑆𝑐
Thay ia vàic ta được cường độ dòng ăn mòn: Ia/m = √𝑆𝑎𝑆𝑐. √𝑖𝑂,𝑀𝑖𝑂,𝐷 exp { 𝐹
2𝑅𝑇[φD – φM] } (*)
Phương trình (*) cho thấy độ lớn của cường độ dòng ăn mòn phụ thuộc vào diện tích và các yếu tố cân bằng như dòng trao đổi và các thế Nernst.
Về yếu tố diện tích, tỉ số 𝑆𝑐 𝑆𝑎 càng lớn thì tốc độ ăn mòn càng lớn. Thực vậy, tốc độ ăn mòn va/m = 𝑖𝑎 𝑛𝐹. va/m = 𝐼𝑎 𝑆𝑎.𝑛𝐹 = 𝑖𝑐.𝑆𝑐 𝑆𝑎.𝑛𝐹 = −𝑖𝑐 𝑛𝐹. 𝑆𝑐 𝑆𝑎
Bằng cách biến đổi thích hợp định luật Faraday, tốc độ ăn mòn còn được biểu thị bằng theo phương trình sau:
va/m = 𝑀
𝑍.𝐷.𝐹. ia/m
Trong đó: M là khối lượng mol của kim loại Z là hóa trị của kim loại
D là khối lượng riêng của kim loại F = 96500 C ia/m tính bằng A/m2[4], [5].
b. Thế ăn mòn
Khi Ia = Ic = Ia/m ta có điện thế tương ứng là thế ăn mòn φa/m. [4], [5].
Sa.iO,M. exp [(1-α)nFηM/RT] = Sc.iO,D. exp [-αDnFηD/RT] Theo trên ta có:
Sa.iO,M.exp[φa/mF/2RT].exp[-φMF/2RT]=Sc.iO,D.exp[-φa/mF/2RT].exp[φDF/2RT]
⇒ exp (𝜑𝑎 /𝑚 𝐹
𝑅𝑇 ) = 𝑆𝑐 .𝑖𝑂,𝐷
hoặcφa/m = 𝑅𝑇
𝐹 𝑙𝑛 {𝑆𝑐.𝑖𝑂,𝐷
𝑆𝑎.𝑖𝑂,𝑀} + ½ ( φM + φD)