金属腐蚀原理

分享到:
点击量: 206267 来源: 上海涵潮试验设备有限公司

 

金属腐蚀原理
从腐蚀的定义及分类,我们知道腐蚀主要是化学过程,我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理-----化学机理和电化学机理.

化学腐蚀是根据化学的多相反应机理,金属表面的原子直接与反应物(如氧﹑水﹑酸)的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的,电子从金属原子直接转移到接受体,而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。

金属和不导电的液体(非电解质)或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。*主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀,也就是金属的氧化过程(与氧的化学反应),或者是金属与活性气态介质(如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等)在高温下的化学作用。

电化学腐蚀是*常见的腐蚀,金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。如在自然条件下(如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等)对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。

311 铁的电化学腐蚀模型

电化学腐蚀机理与纯化学腐蚀机理的基本区别是:电化学腐蚀时,介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。阳极过程是金属原子直接转移到溶液中,形成水合金属离子或溶剂化金属离子;另一个共轭的阴极过程是留在金属内的过量

电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。左图即是铁的电化学腐蚀模型。(点击放大播放flash)

3.3.2金属腐蚀的电化学概念

1.电极反应及电极

相:由化学性质和物理性质一致的物质组成的、与系统的其他部分之间有界面隔开的集合叫做相。

电极系统:如果系统由两个相组成,一个相是电子导体(叫电子导体相),另一个相是离子导体(叫离子导体相),且通过它们互相接触的界面上有电荷在这两个相之间转移,这个系统就叫电极系统。

将一块金属(比如铜)浸在**了氧的硫酸铜水溶液中,就构成了一个电极系统。在两相界面上就会发生下述物质变化:

Cu(M)→Cu2+(sol)+2e(M)

这个反应就叫电极反应,也就是说在电极系统中伴随着两个非同类导体相(Cu和CuSO4溶液)之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应,称为电极反应。这时将Cu称为铜电极。

同样我们将一块金属放入某种离子导体相中,也会发生类似的电极反应:

Me→Men++ne

但是大家注意,在电化学中,电极系统和电极反应这两个术语的意义是很明确的,但电极这个概念的含义却并不很肯定,在多数场合下,仅指组成电极系统的电子导体相或电子导体材料,而在少数场合下指的是某一特定的电极系统或相应的电极反应,而不是仅指电子导体材料。

312 氢电极示意图

如一块铂片浸在H2气氛下的HCl溶液中,此时构成电极系统的是电子导体相Pt和离子导体相的水溶液,其电极反应是:

1/2H2→H+(sol)+e(M)

我们称之为氢电极而不是铂电极。(如左上图,点击放大)

 

电极反应的特点是:

<1>所有电极反应都是化学反应,因此所有关于化学反应的一些基本定律(如当量定律,质量作用定律)都适用于电极反应,但它又不同于一般的化学反应;

<2>电极反应必须发生在电极表面上;

<3>两个共轭的氧化还原反应。

3.3.1概述

从腐蚀的定义及分类,我们知道腐蚀主要是化学过程,我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理-----化学机理和电化学机理.

化学腐蚀是根据化学的多相反应机理,金属表面的原子直接与反应物(如氧﹑水﹑酸)的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的,电子从金属原子直接转移到接受体,而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。

金属和不导电的液体(非电解质)或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。*主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀,也就是金属的氧化过程(与氧的化学反应),或者是金属与活性气态介质(如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等)在高温下的化学作用。

电化学腐蚀是*常见的腐蚀,金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。如在自然条件下(如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等)对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。

311 铁的电化学腐蚀模型

电化学腐蚀机理与纯化学腐蚀机理的基本区别是:电化学腐蚀时,介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。阳极过程是金属原子直接转移到溶液中,形成水合金属离子或溶剂化金属离子;另一个共轭的阴极过程是留在金属内的过量

电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。左图即是铁的电化学腐蚀模型。(点击放大播放flash)

3.3.2金属腐蚀的电化学概念

1.电极反应及电极

相:由化学性质和物理性质一致的物质组成的、与系统的其他部分之间有界面隔开的集合叫做相。

电极系统:如果系统由两个相组成,一个相是电子导体(叫电子导体相),另一个相是离子导体(叫离子导体相),且通过它们互相接触的界面上有电荷在这两个相之间转移,这个系统就叫电极系统。

将一块金属(比如铜)浸在**了氧的硫酸铜水溶液中,就构成了一个电极系统。在两相界面上就会发生下述物质变化:

Cu(M)→Cu2+(sol)+2e(M)

这个反应就叫电极反应,也就是说在电极系统中伴随着两个非同类导体相(Cu和CuSO4溶液)之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应,称为电极反应。这时将Cu称为铜电极。

同样我们将一块金属放入某种离子导体相中,也会发生类似的电极反应:

Me→Men++ne

但是大家注意,在电化学中,电极系统和电极反应这两个术语的意义是很明确的,但电极这个概念的含义却并不很肯定,在多数场合下,仅指组成电极系统的电子导体相或电子导体材料,而在少数场合下指的是某一特定的电极系统或相应的电极反应,而不是仅指电子导体材料。

312 氢电极示意图

如一块铂片浸在H2气氛下的HCl溶液中,此时构成电极系统的是电子导体相Pt和离子导体相的水溶液,其电极反应是:

1/2H2→H+(sol)+e(M)

我们称之为氢电极而不是铂电极。(如左上图,点击放大)

 

电极反应的特点是:

<1>所有电极反应都是化学反应,因此所有关于化学反应的一些基本定律(如当量定律,质量作用定律)都适用于电极反应,但它又不同于一般的化学反应;

<2>电极反应必须发生在电极表面上;

<3>两个共轭的氧化还原反应。

3.3.1概述

从腐蚀的定义及分类,我们知道腐蚀主要是化学过程,我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理-----化学机理和电化学机理.

化学腐蚀是根据化学的多相反应机理,金属表面的原子直接与反应物(如氧﹑水﹑酸)的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的,电子从金属原子直接转移到接受体,而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。

金属和不导电的液体(非电解质)或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。*主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀,也就是金属的氧化过程(与氧的化学反应),或者是金属与活性气态介质(如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等)在高温下的化学作用。

电化学腐蚀是*常见的腐蚀,金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。如在自然条件下(如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等)对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。

311 铁的电化学腐蚀模型

电化学腐蚀机理与纯化学腐蚀机理的基本区别是:电化学腐蚀时,介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。阳极过程是金属原子直接转移到溶液中,形成水合金属离子或溶剂化金属离子;另一个共轭的阴极过程是留在金属内的过量

电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。左图即是铁的电化学腐蚀模型。(点击放大播放flash)

3.3.2金属腐蚀的电化学概念

1.电极反应及电极

相:由化学性质和物理性质一致的物质组成的、与系统的其他部分之间有界面隔开的集合叫做相。

电极系统:如果系统由两个相组成,一个相是电子导体(叫电子导体相),另一个相是离子导体(叫离子导体相),且通过它们互相接触的界面上有电荷在这两个相之间转移,这个系统就叫电极系统。

将一块金属(比如铜)浸在**了氧的硫酸铜水溶液中,就构成了一个电极系统。在两相界面上就会发生下述物质变化:

Cu(M)→Cu2+(sol)+2e(M)

这个反应就叫电极反应,也就是说在电极系统中伴随着两个非同类导体相(Cu和CuSO4溶液)之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应,称为电极反应。这时将Cu称为铜电极。

同样我们将一块金属放入某种离子导体相中,也会发生类似的电极反应:

Me→Men++ne

但是大家注意,在电化学中,电极系统和电极反应这两个术语的意义是很明确的,但电极这个概念的含义却并不很肯定,在多数场合下,仅指组成电极系统的电子导体相或电子导体材料,而在少数场合下指的是某一特定的电极系统或相应的电极反应,而不是仅指电子导体材料。

312 氢电极示意图

如一块铂片浸在H2气氛下的HCl溶液中,此时构成电极系统的是电子导体相Pt和离子导体相的水溶液,其电极反应是:

1/2H2→H+(sol)+e(M)

我们称之为氢电极而不是铂电极。(如左上图,点击放大)

 

电极反应的特点是:

<1>所有电极反应都是化学反应,因此所有关于化学反应的一些基本定律(如当量定律,质量作用定律)都适用于电极反应,但它又不同于一般的化学反应;

<2>电极反应必须发生在电极表面上;

<3>两个共轭的氧化还原反应。