Ăn mòn hóa học là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và công nghiệp. Ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của kim loại cũng như các vật liệu khác. Hiểu rõ về ăn mòn hóa học giúp con người có biện pháp bảo vệ vật liệu hiệu quả hơn.
1. Ăn mòn hóa học là gì
Ăn mòn hóa học là quá trình phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác động trực tiếp của các chất trong môi trường như khí quyển, nước, hóa chất mà không có sự tham gia của dòng điện.
Đặc điểm của ăn mòn hóa học
- Xảy ra khi kim loại tiếp xúc với các chất như oxit, axit, hơi nước, khí ăn mòn như oxi, cacbon đioxit, lưu huỳnh đioxit, clo.
- Không tạo ra dòng điện trong quá trình phản ứng.
- Phổ biến trong công nghiệp luyện kim, hóa chất và môi trường biển.
2. Sự ăn mòn hóa học là quá trình gì
Sự ăn mòn hóa học là quá trình oxy hóa – khử, trong đó kim loại phản ứng với các chất trong môi trường và bị biến đổi thành hợp chất khác, làm giảm chất lượng và độ bền của vật liệu.
Phương trình tổng quát
M + Chất oxi hóa → Sản phẩm ăn mòn
Ví dụ
- Sắt bị oxi hóa trong không khí khô 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
- Nhôm phản ứng với oxi tạo lớp oxit bảo vệ 4Al + 3O2 → 2Al2O3
3. Ví dụ về ăn mòn hóa học trong thực tế
Ví dụ 1: Rỉ sét trên cầu sắt, tàu biển
Kim loại sắt phản ứng với oxi và hơi nước tạo thành rỉ sét Fe2O3.xH2O. Đây là một dạng ăn mòn hóa học trong môi trường khí quyển ẩm.
Ví dụ 2: Bề mặt đồng bị xỉn màu
Đồng phản ứng với oxi và khí cacbon đioxit trong không khí tạo thành màu xanh của đồng cacbonat CuCO3.Cu(OH)2.
Ví dụ 3: Thiết bị trong nhà máy hóa chất bị ăn mòn
Do tiếp xúc với axit sulfuric, axit nitric, clo gây ăn mòn nhanh chóng.
Ví dụ 4: Động cơ máy bay phản ứng với không khí ở độ cao
Các hợp kim titan hoặc nhôm có thể bị oxi hóa chậm, ảnh hưởng đến độ bền.
4. Thí nghiệm xảy ra ăn mòn hóa học
Thí nghiệm 1: Sắt bị ăn mòn trong môi trường khí clo
Chuẩn bị
- Một thanh sắt sạch
- Bình chứa khí clo khô
Tiến hành
- Đưa thanh sắt vào bình chứa khí clo
- Quan sát sự thay đổi màu sắc của thanh sắt
Hiện tượng
Thanh sắt chuyển thành màu vàng nâu do hình thành sắt(III) clorua FeCl3.
Phương trình phản ứng
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Thí nghiệm 2: Nhôm tạo lớp oxit bảo vệ trong không khí
Chuẩn bị
- Một mẩu nhôm sạch
Tiến hành
- Cho mẩu nhôm tiếp xúc với không khí trong vài ngày
Hiện tượng
Bề mặt nhôm xuất hiện lớp màng oxit mỏng màu trắng Al2O3. Lớp oxit này bảo vệ nhôm khỏi ăn mòn sâu hơn.
Phương trình phản ứng
4Al + 3O2 → 2Al2O3
5. Kim loại tinh khiết có bị ăn mòn hóa học không
Kim loại tinh khiết có thể ít bị ăn mòn hóa học hơn so với hợp kim, nhưng không hoàn toàn miễn nhiễm.
Kim loại khó bị ăn mòn hóa học
- Vàng, bạch kim: Không phản ứng với oxi hay axit thông thường.
- Nhôm, titan: Tạo lớp oxit bảo vệ giúp chống ăn mòn.
Kim loại dễ bị ăn mòn hóa học
- Sắt: Dễ bị oxi hóa thành rỉ sét.
- Kẽm, đồng: Phản ứng với khí cacbon đioxit, lưu huỳnh đioxit trong không khí tạo lớp xỉn màu.
Mặc dù kim loại tinh khiết có khả năng chống ăn mòn tốt hơn, nhưng vẫn có thể bị ăn mòn nếu tiếp xúc với môi trường có tính ăn mòn mạnh như axit hoặc khí ăn mòn.
Ăn mòn hóa học là một quá trình quan trọng cần được kiểm soát trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống. Hiểu rõ cơ chế ăn mòn giúp con người có biện pháp bảo vệ kim loại tốt hơn như mạ kẽm, sơn phủ, sử dụng hợp kim chống ăn mòn…