电化学腐蚀的原理汇总.

第1节金属电化学腐蚀基本原理
——腐蚀热力学问题
Biblioteka Baidu
腐蚀历程 金属与溶液的界面特性 电极电位 腐蚀原电池 金属电化学腐蚀热力学
从热力学观点考虑，金属的电化学腐蚀过程是单质形 式存在的金属和它的周围电解质组成的体系，从一个热 力学不稳定状态过渡到热力学稳定状态的过程。其结果 是生成各种化合物，同时引起金属结构的破坏。 例如把一铁片浸到盐酸溶液中，就可见到有氢气放出， 并以相同于氢放出的速率将铁溶解于溶液中，即铁发生 了腐蚀。又如把一紫铜片置于无氧的纯盐酸中时，却不 发生铜的溶解，也看不到有氢气拆出，但是一旦在盐酸 中有氧溶解进去之后，我们即可见到紫钢片不断地遭受 腐蚀，可是仍然无氢气产生。
第1章 金属电化学腐蚀基本理论
电化学腐蚀的原理（热力学） 腐蚀速度（动力学） 析氢腐蚀和耗氧腐蚀（重要理论） 金属的钝性（另一特性）
教学目标 了解：腐蚀的危害性与控制腐蚀的重要性；电化学腐蚀 的趋势。 理解：腐蚀的定义与分类；金属与溶液的界面特性、电 极电位以及金属的电化学腐蚀历程。 掌握：金属电化学腐蚀的热力学条件，析氢腐蚀和耗氧 腐蚀，金属的钝性。 本章重点 腐蚀的危害性；腐蚀的定义与分类。 本章难点 钝化理论与钝化特性曲线分析；腐蚀极化图的应用。
与铜接触的锌在硫酸中的溶解示意图
腐蚀原电池：产生的电流是由于它的两个电极 即锌板与铜板在硫酸溶液中的电位不同产生的 电位差引起的，该电位差是电池反应的推动力。
把锌片和钢片置于上述稀 硫酸溶液中并在它们之间用导 线通过毫安表连接起来时（图 1-21），从毫安表指针的偏转 可看出有电流通过。这表明锌 和铜在稀硫酸溶液中组成了一 个原电池。在这里锌是电池的 负极，而铜是电池的正极，硫 酸溶液是电池的电解液，由此 可知，铜之所以会加快锌在硫 酸中的腐蚀速度是因为铜和锌 组成了一个原电池的结果。通 常称它为腐蚀原电池。
电化学腐蚀的历程(基本过程)
阳极过程： 金属溶解并以离子形式进入溶液，同时 把等当量的电子留在金属中 [ne-· Mn+] → [Mn+] + [ne-] 阴极过程(去极化过程)： 从阳极移迁过来的电子被电解质溶液中 能够吸收电子的物质D所接受 [D] + [ne-] → [D·ne-] D 阴极去极化剂 H+和O2，生成H2和OH-
A
K
Zn
Cu
Zn
Cu
Cu
Cu
Cu
HCl溶液
(a)Zn块和Cu块通 过导线联接 阳极Zn: 阴极Cu:
HCl溶液
（b)Zn块和Cu块直 接接触（短路） Zn → Zn2++2e （氧化反应） 2H++2e → H2 ↑（还原反应）
Zn
（c)Cu作为杂质分 布在Zn表面
腐蚀电池的构成
腐蚀电池
Cu实为载体 不加Cu，只有Zn可不可以反应？
(1)阳极过程：金属溶解，以离子形式进入溶 液，并把等量电子留在金属上； (2)电子转移过程：电子通过电路从阳极转移 到阴极；
(3)阴极过程：溶液中的氧化剂接受从阳极流 过来的电子后本身被还原。
由此可见，一个遭受腐蚀的金属的表面上至 少要同时进行两个电极反应，其中一个是金属阳 极溶解的氧化反应，另一个是氧化剂的还原反应 。
这就提出如下问题，为什么不同金属在同一介质中的腐蚀 情况会不一样呢？又为什么同一金属在不同介质中腐蚀也 不相同呢？造成金属这种电化学腐蚀不同倾向的原因又是 什么？应如何判断？所有这些都是我们在讨论腐蚀问题时 至关重要的问题。
§1.1.1 腐蚀历程
一、原电池
最简单的原电池就是我们日常生活中所用 的干电池。它是由中心碳棒 ( 正电极 ) 、外包锌 皮 ( 负极 ) 及两极间的电解质溶液 (NH4Cl) 所组成 时，当外电路接通时，灯泡即通电发光。
腐蚀电池的工作过程
腐蚀电池的定义：只能导致金属材料破坏而不能对 外界作功的短路原电池。 腐蚀电池的特点： （1）腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金 属材料的破坏。 （2）腐蚀电池的阴、阳极短路（即短路的原电池），电池 产生的电流全部消耗在内部，转变为热，不对外做功。 （3）腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。
电极过程如下：
阳极(负极锌皮)上发生氧化反应， 使锌原子离子化，即：
Zn→Zn2+十2e
阴极(正极 碳棒)上发生消耗电子 还原反应： 2Mn+2NH4+2e=Mn2+2NH3+H2 随着反应的不断进行，锌不断地 被离子化，释放电子，在外电路中 形成电流。锌离于化的结果，是使 锌被腐蚀。
在进一步讨论原电池反应之前，先讨论一下几个概念。 我们把能够导电的物体称为导体。但从导体中形成电 流的荷电粒子来看，一般将导体分为两类。在电场作用下沿 一定方向运动的荷电粒子是电子或电子空穴，这类导体叫做 电子导体，它包括金属导体和半导体。另外还有一类导体， 在电场的作用下沿一定方向运动的荷电粒子是离子，这类导 体叫做离子导体，例如电解质溶液就属于这类导体。 如果系统由两个相组成，一个是电子导体，叫做电子导 体相，另一个是离子导体，叫做离子导体相，且当有电荷通 过它们互相接触的界面时，有电荷在两个相间转移，我们把 这个系统就叫做电极系统。
倘若铜作为杂质分散地分布在锌中，就会形 成许许多多微小的腐蚀电池，称为腐蚀微电池。
腐蚀原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程 、阴极的还原过程以及电子和离子的输运过程组成 。电子和离子的运动就构成了电回路。 在讨论电化学腐蚀时，通常规定凡是进行氧化 反应的电极称为阳极；进行还原反应的电权就叫作 阴极。因此，在上例中碳钢是电池的阳极，黄铜是 电池的阴极。由此表明，作为一个腐蚀电池，它必 需包括阴极、阳极、电解质溶液和电路四个不可分 割的部分。
这种电极系统的主要特征是：伴随着电荷在两相之间的转 移，不可避免地同时会在两相的界面上发生物质的变化——由 一种物质变为另一种物质，即化学变化。
如果相接触的两个相都是电子导体相，则在两相之间有电 荷转移时，只不过是电子从一个相穿越界面进入另一个相，在 界面上并不发生化学变化。但是如果相接触的是两种不同类的 导体时，则在电荷从一个相穿越界面转移到另一个相中时，这 一过程必然要依靠两种不同的荷电粒子(电子和离子)之间互相 转移电荷来实现。这个过程也就是物质得到或释放外层电子的 过程，而这正是电化学变化的基本特征。 因此，电极反应可定义为：在电极系统中，伴随着两个非 同类导体相之间的电荷转移，两相界面上所发生的电化学反应 。