Ăn mòn điện hóa là gì và những biện pháp phòng chống hiệu quả

1. Giải đáp ăn mòn điện hóa là gì? 

Giải đáp ăn mòn điện hóa là gì? 

Ăn mòn điện hóa là một hiện tượng trong lĩnh vực hoá học và vật lý, xuất hiện khi kim loại hoặc hợp kim tiếp xúc với môi trường chứa các chất điện li hoặc tham gia vào quá trình điện giải. 

Quá trình này diễn ra do sự trao đổi điện tích giữa các nguyên tử hoặc phân tử kim loại và môi trường xung quanh dưới tác động của dòng điện. Ăn mòn điện hóa có thể gây ra sự biến đổi và suy giảm của kim loại gốc và tạo ra các sản phẩm phụ. Trong thực tế, hiện tượng ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi kim loại hoặc hợp kim tiếp xúc với môi trường có tính axit, muối hoặc độ ẩm cao. 

2. Bản chất của sự ăn mòn điện hóa là gì? 

Bản chất của quá trình ăn mòn điện hóa là sự kết hợp giữa quá trình oxi hóa và khử diễn ra trên bề mặt của các điện cực. Trong quá trình này, các phản ứng oxi hóa và khử xảy ra đồng thời và tạo ra dòng electron di chuyển từ cực âm đến cực dương, gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại.

• Trong môi trường axit, ví dụ như dung dịch acid, phản ứng chính xảy ra là: 2H+ + 2e^- -> H₂

• Trong môi trường môi trường trung tính hoặc kiềm, chúng ta có phản ứng: 2H₂O + O₂ + 4e^- -> 4OH^-

3. Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học

Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học

Ngoài tìm hiểu về ăn mòn điện hóa là gì, bạn cần nắm vững các điều kiện ăn mòn điện hóa. Để quá trình ăn mòn điện hóa có thể xảy ra, cần phải có đủ ba điều kiện cơ bản sau.

• Các điện cực phải có bản chất khác nhau: Sự khác biệt này là quan trọng vì nó tạo điều kiện cho các phản ứng oxi hóa và khử xảy ra tại hai điện cực khác nhau, tạo nên sự chuyển động của electron và dòng điện.

• Các điện cực phải trực tiếp hoặc gián tiếp tiếp xúc với nhau thông qua dây dẫn: Điều kiện này có nghĩa là có một con đường dẫn dòng electron giữa hai điện cực. Thông thường, dây dẫn này được làm bằng kim loại dẫn điện như đồng hoặc nhôm để cho phép electron di chuyển dễ dàng từ cực âm đến cực dương.

• Các điện cực phải cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li: Dung dịch chất điện li có thể là một dung dịch axit, kiềm hoặc có tính chất điện hóa khác nhau. Các ion trong dung dịch này giúp truyền động lực cho quá trình ăn mòn điện hóa bằng cách tham gia vào các phản ứng oxi hóa và khử tại các điện cực.

4. Cơ chế hoạt động của quá trình ăn mòn điện hóa

Cơ chế của quá trình ăn mòn điện hóa là một quá trình phức tạp nhưng nó có thể được mô tả bằng sự tương tác giữa các phản ứng oxi hóa và khử tại các điểm khác nhau trên bề mặt kim loại.

• Quá trình Anot: Ở giai đoạn này, kim loại chuyển từ trạng thái rắn vào dung dịch chất điện ly dưới dạng ion kim loại. Khi kim loại bị oxi hóa, các electron bị loại bỏ khỏi mạng tinh thể kim loại, tạo thành các ion kim loại trong dung dịch chất điện ly. 

• Quá trình Catot: Các electron thừa bởi ion nguyên tử hoặc phân tử của chất điện ly sẽ tham gia vào quá trình khử. Các electron này được cung cấp bởi quá trình oxi hóa ở phần Anot. Đây là giai đoạn chuyển đổi ion nguyên tử hoặc phân tử thành các sản phẩm khử.

Khi hai quá trình Anot và Catot xảy ra đồng thời, sự ăn mòn điện hóa diễn ra liên tục. Khi áp dụng cơ chế này vào tình huống cụ thể như việc ăn mòn thép, phần Anot của thép sẽ trải qua quá trình oxi hóa và hòa tan theo phản ứng: 2Fe²⁺ + nH₂O -> Fe²⁺. nH₂O

Trong khi đó, ở phần Catot, các ion hydrogen (H+) tham gia vào quá trình khử cực của hydro: 2e^- + 2(H⁺ . H₂O) = H₂ + 2H₂O. Ngoài ra có thể có sự tham gia của oxy (O₂) hoặc các ion Fe³⁺ theo công thức: Fe³⁺ + 1e^- = Fe²⁺

Các tinh thể của thép bị oxi hóa từ bên ngoài vào bên trong, và quá trình ăn mòn điện hóa tiếp tục cho đến khi kim loại bị ăn mòn hoàn toàn.

5. Phân biệt ăn mòn điện hóa học và ăn mòn hóa học 

Phân biệt ăn mòn điện hóa học và ăn mòn hóa học 

Phân biệt hai khái niệm này không quá phức tạp, cụ thể như sau. 

Xét về cơ chế chính

Quá trình ăn mòn điện hóa học bao gồm sự tương tác giữa các phản ứng oxi hóa và khử tại các điểm khác nhau trên bề mặt kim loại. Nó liên quan đến sự di chuyển của electron và các phản ứng tại các điện cực, trong đó kim loại bị oxi hóa và hòa tan trong dung dịch chất điện ly.

Trong khi đó, ăn mòn hóa học xảy ra do các phản ứng hóa học không phụ thuộc vào quá trình điện hóa, không liên quan đến sự chuyển động của electron và dòng điện.

Điều kiện xảy ra

Để xảy ra ăn mòn điện hóa học, quá trình này yêu cầu ba điều kiện cơ bản là sự khác biệt về tính chất điện hóa giữa các điện cực, dây dẫn electron giữa chúng và môi trường dung dịch chất điện ly.

Tuy nhiên, điều kiện ăn mòn hóa học lại đa dạng hơn và thường không yêu cầu các điều kiện điện hóa cụ thể. Nó có thể xảy ra trong nhiều môi trường khác nhau, chẳng hạn như trong môi trường axit, kiềm hoặc trong môi trường chất lỏng không điện ly.

Quá trình chuyển động của electron

Quá trình ăn mòn điện hóa học liên quan đến sự chuyển động của electron và dòng điện từ cực âm sang cực dương, tạo điều kiện cho các phản ứng oxi hóa và khử.

Trong trường hợp ăn mòn hóa học sẽ không có sự chuyển động dòng điện và electron giữa các điện cực. Ở đây, ăn mòn xảy ra mà không cần sự tương tác electron giữa kim loại và môi trường.

6. Biện pháp hạn chế quá trình ăn mòn điện hóa hiệu quả

Biện pháp hạn chế quá trình ăn mòn điện hóa hiệu quả

Những nội dung sau sẽ cung cấp các biện pháp chống ăn mòn điện hóa hiệu quả, bạn có thể tham khảo.

Phương pháp bảo vệ bề mặt

Bạn có thể phủ lên bề mặt của kim loại một lớp bảo vệ làm từ chất liệu bền vững với môi trường như sơn, dầu mỡ, chất dẻo, tráng men… Việc này tạo ra một lớp vật lý ngăn chặn tác động của môi trường gây ăn mòn.

Thêm vào đó, kim loại hoạt động hơn có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Ví dụ, sắt được tráng thiếc tạo thành sắt tây, sắt tráng kẽm trở thành tôn, sắt mạ crom hoặc niken. Việc này làm cho bề mặt của kim loại trở nên kháng ăn mòn hơn.

Ngoài ra, bạn nên thường xuyên lau khô bề mặt kim loại và để chúng ở những nơi khô ráo, thoáng mát để ngăn chặn sự tích tụ của nước và độ ẩm, ngăn ngừng quá trình ăn mòn.

Phương pháp điện hóa

Kim loại hoạt động hơn kim loại cần bảo vệ được sử dụng như một vật hy sinh để tạo thành pin điện hóa. Một ví dụ cụ thể là để bảo vệ thân tàu biển làm bằng thép. Người ta gắn vào phần mặt ngoài chìm dưới nước của tàu những khối kim loại như kẽm. 

Vì kẽm là kim loại hoạt động hơn thép, nó sẽ bị ăn mòn trước và giữ cho thép của tàu không bị ảnh hưởng gì. Khi khối kẽm bị ăn mòn, họ có thể dễ dàng thay thế chúng mà không cần phải sửa chữa tàu.

Việc hiểu cơ chế và cách ứng dụng để bảo vệ các vật liệu khỏi sự ăn mòn này là một phần quan trọng của công việc nghiên cứu và sản xuất trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Đông Á hy vọng những chia sẻ trên đã giúp bạn giải đáp được thắc mắc ăn mòn điện hóa là gì một cách chuẩn xác nhất. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, bạn có thể liên hệ với Đông Á qua địa chỉ website dongachem.vn hoặc hotline 0912 536446 để được giải đáp hiệu quả nhất.