điện hoá
Ăn mòn điện hoá xảy ra khi kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li là sự phá huỷ kim loại xảy ra trên mặt giới hạn hai pha: kim loại và dung dịch chất điện li, khi đó kim loại bị hoà tan xảy ra trên vùng anot và kèm theo phản ứng giải phóng hiđro hoặc tiêu thụ oxi xảy ra trên vùng catot đồng thời sinh ra dòng điện. Quá trình ăn mòn điện hoá xảy ra tương tự sự hoạt động của một pin điện bị khép kín mạch (xem hình 5.2).
Hình 5.2
Sơđồăn mòn điện hoá của kim loại đặt trong dung dịch chất điện li
Trên bề mặt kim loại có tồn tại các vùng anot và vùng catot là do sự chênh lệch về thế trên bề mặt giới hạn pha. Có rất nhiều lí do để giải thích sự chênh lệch thế này. Ví dụ do có mặt phụ gia hợp kim, do sự lệch mạng các tinh thể kim loại v.v...
Để giải thích quá trình ăn mòn điện hoá của một kim loại nhúng trong dung dịch điện li, ta xét trường hợp đơn giản được thể hiện trên hình 5.2. Trên bề mặt kim loại có hai vùng anot và vùng catot. Giá trị thế điện cực tại vùng anot âm hơn so với thế điện cực vùng catot. Hệ này được khép kín mạch và xảy ra các phản ứng sau:
Vùng anot xảy ra quá trình oxi hoá tức là kim loại bị hoà tan:
Me – Ze ⎯→ MeZ+ (5.7)
Ion kim loại trên bề mặt điện cực chuyển vào dung dịch đồng thời có electron dư trên kim loại.
Các electron dư ở vùng anot được dịch chuyển đến vùng catot trên bề mặt kim loại và tại đó xảy ra các phản ứng kèm theo:
– Nếu môi trường có ion H+ thì xảy ra phản ứng giải phóng hiđro. ZH+ + Ze ⎯→ Z
2H2 (5.8)
và khi đó sự ăn mòn kim loại kèm theo sự giải phóng hiđro.
– Nếu trong môi trường ăn mòn có mặt ion H+ và oxi thì xảy ra phản ứng tiêu thụ oxi.
Z
4O2 + Ze + ZH+⎯→ Z
2H2O (5.9)
Vậy sự ăn mòn kèm theo sự tiêu thụ oxi có mặt trong dung dịch.
Quá trình ăn mòn hoà tan kim loại cũng như quá trình xảy ra trên catot là giải phóng hiđro hoặc tiêu thụ oxi thường bao gồm các giai đoạn (xem hình 5.2) sau đây:
a) Giai đoạn hoà tan kim loại để lại electron trên điện cực.
b) Giai đoạn chuyển sản phẩm của sự oxi hoá (chuyển các ion từ bề mặt kim loại vào thể tích dung dịch).
Vùng catot
Trên catot và sự giải phóng hiđro cũng bao gồm nhiều giai đoạn sau:
a) Chuyển các phần tử tích điện Η Ο3+ từ trong thể tích dung dịch đến lớp dung dịch phần sát bề mặt bằng nhiều cách: hoặc sự khuếch tán do chênh lệch nồng độ, hoặc bằng sự điện di, hoặc bằng chuyển động đối lưu.
b) Giai đoạn khử lớp vỏ xonvat hoá của phần tử tích điện Η Ο3+ . c) Giai đoạn phóng điện của ion H+:
2H+ + 2e ⎯→ H2
d) Giai đoạn hấp phụ của sản phẩm Hhf trên bề mặt điện cực. e) Chuyển sản phẩm vào dung dịch v.v....
Vậy phản ứng điện hoá xảy ra trên mặt giới hạn pha của quá trình ăn mòn kim loại tại vùng catot cũng như anot bao gồm rất nhiều giai đoạn, song giai đoạn nào chậm nhất sẽ khống chế động học của toàn bộ quá trình.
Tuỳ thuộc vào khả năng phản ứng nghĩa là độ phân cực của điện cực sẽ quyết định giai đoạn khống chế động học. Trong điện hoá cũng như quá trình ăn mòn điện hoá, động học của quá trình thường được khống chế bởi hai giai đoạn chậm nhất:
– Sự trao đổi electron của các phần tử tích điện trên bề mặt điện cực xảy ra chậm nhất và khống chế động học trao đổi electron hoặc còn gọi là động học trao đổi điện tích, động học điện hoá.
– Sự chuyển vật chất từ dung dịch đến bề mặt điện cực xảy ra chủ yếu do sự khuếch tán là giai đoạn chậm nhất trong quá trình điện hoá hoặc ăn mòn kim loại sẽ là giai đoạn khống chế động học của toàn bộ quá trình và thường gọi là động học khuếch tán.