【矩道化学虚拟实验室】腐蚀——金属的癌症

2022/6/15 10:24:26 矩道科技 产品动态



     

       在日常生活中,我们经常见到钢铁制品生锈,铜制品长出铜绿,这就是金属腐蚀的现象,金属腐蚀的现象普遍存在,今天我们就借助矩道化学仿真实验室平台一起学习金属的腐蚀现象。




           

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金属腐蚀具有极大的危害性



       腐蚀无处不在,是世界各国共同面临的问题,被人们称为金属的癌症、无焰的火灾、隐蔽的杀手。金属被腐蚀后,在外形、色泽及机械性能等方面就会发生变化,从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低,直至报废。世界上每年生产的钢铁中有10%报废,造成巨大的经济损失。我国工程院院士柯伟经过调查研究发现:我国每年因为腐蚀所造成的经济损失,占国民生产总值的5%左右,以2008年为例,腐蚀所造成的经济损失约是1.6万亿元人民币。

       另外,金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌,会使金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等进而造成安全事故或环境污染问题。



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什么是金属腐蚀?

       

       腐蚀指物质与环境相互作用而失去它原有性质的一种变化,金属的腐蚀就是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

 

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金属腐蚀的类型


       根据腐蚀过程有无电流产生,可将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。金属与其表面接触的一些物质直接发生反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀,如铝在空气中被氧气氧化为氧化铝;不纯的金属与电解质溶液接触时发生原电池反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。两种腐蚀的本质都是金属失去电子被氧化,区别在于电化学腐蚀中金属不是直接将电子给到氧化剂,而是金属在一端失去电子,电子经过一段导体到达氧化剂一方发生反应,这个过程中电子的定向移动便形成了电流。


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钢铁锈蚀的反应原理

       

钢铁制品在潮湿的空气中的锈蚀是电化学腐蚀的典型例子。根据铁制品所处的环境不同,分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

析氢腐蚀:


 


      在酸性环境中,由于腐蚀的过程中不断有氢气放出,所以叫做析氢腐蚀。铁失电子变为亚铁离子进入电解质溶液,电子经过一段导体到达碳等不活泼电极,溶液中的氢离子结合电子生成氢气。我们可以借助虚拟仿真电化学装置来观察电子的得失及流动过程。



吸氧腐蚀:


       如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性,但溶有一定量的氧气,此时就会发生吸氧腐蚀,生活中的钢铁腐蚀主要是发生的吸氧腐蚀。铁失电子变为亚铁离子进入电解质溶液,电子经过一段导体到达碳等不活泼电极,氧气和水在此结合电子发生反应生成氢氧根离子,氢氧根离子进入溶液与亚铁离子结合生成氢氧化亚铁,并被氧气进一步氧化为氢氧化铁。同样,我们可以借助化学仿真实验装置来观察电子的得失及流动过程。



最后,氢氧化铁失去部分水生成FeO₃▪xHO,它是铁锈的主要成分。


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