Mở đầu: Vỏ tàu biển bằng thép để lâu trong tự nhiên thường bị ăn mòn. Để bảo vệ vỏ tàu khỏi bị ăn mòn, người ta thường phủ sơn lên vỏ tàu; phần vỏ tàu chìm trong nước biển thường được gắn thêm các tấm kẽm. Vậy, ăn mòn kim loại là gì? Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn có thể dùng những cách nào?
Lời giải:
- Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của các chất trong môi trường, trong đó kim loại bị oxi hoá.
I. Ăn mòn kim loại
Hoạt động thí nghiệm: Sự ăn mòn điện hoá sắt
Chuẩn bị:
Hoá chất: đinh sắt mới, nước.
Dụng cụ: ống nghiệm (hoặc cốc thuỷ tinh), giá ống nghiệm.
Tiến hành:
- Cho đinh sắt vào ống nghiệm. Thêm tiếp khoảng 3 mL nước.
- Đế ống nghiệm trong không khí khoảng 3 ngày.
Thực hiện yêu cầu sau:
Hãy nêu hiện tượng quan sát được ở ống nghiệm và giải thích.
Lời giải:
Hiện tượng: đinh sắt bị gỉ, có lớp chất rắn màu nâu đỏ lắng dưới đáy ống nghiệm.
Giải thích:
Nước có hoà tan khí oxygen và khí carbon dioxide tạo thành dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) cùng tiếp xúc với dung dịch đó tạo nên vô số pin điện hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon.
Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e
Ở cathode, xảy ra quá trình khử: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
Do đó, đinh sắt bị ăn mòn tạo thành gỉ sắt.
Câu hỏi 1: Một số hiện tượng ăn mòn thép trong đời sống:
a) Thép bị gỉ trong không khí khô.
b) Thép bị gỉ trong không khí ẩm.
c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển.
Hãy cho biết các hiện tượng ăn mòn thép trên thuộc loại ăn mòn hoá học hay ăn mòn điện hoá. Giải thích.
Lời giải:
a) Thép bị gỉ trong không khí khô là ăn mòn hóa học.
→ Sắt trong thép bị oxi hóa trực tiếp bởi oxygen không khí.
b) Thép bị gì trong không khí ẩm là ăn mòn điện hóa.
→ Thép là hợp kim Fe – C và một số nguyên tố khác. Không khí ẩm có hoà tan khí CO2, O2,... tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép, làm xuất hiện vô số pin điện hoá mà Fe là cực âm, C là cực dương. Fe và C cùng tiếp xúc với dung dịch điện li, dẫn đến xảy ra ăn mòn điện hóa.
c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển là ăn mòn điện hóa.
→ Thép là hợp kim Fe – C và một số nguyên tố khác. Khi tiếp xúc với dung dịch chất điện li (nước biển), xuất hiện pin điện hóa với Fe là cực âm, C là cực dương nên hiện tượng ăn mòn điện hóa xảy ra.
II. Chống ăn mòn kim loại
Hoạt động thí nghiệm: Bảo vệ sắt bằng phương pháp điện hoá
Chuẩn bị:
Hoá chất: hai đinh sắt mới, dây kẽm, nước máy hoặc nước tự nhiên.
Dụng cụ: hai ống nghiệm đánh số (1) và (2).
Tiến hành:
- Cho đinh sắt thứ nhất vào ống nghiệm (1).
- Quấn dây kẽm quanh đinh sắt thứ hai, sau đó cho vào ống nghiệm (2).
- Thêm nước máy vào mỗi ống nghiệm đến ngập đinh sắt.
- Để các ống nghiệm trong không khí khoảng 3 ngày.
Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện yêu cầu sau: Đinh sắt có gắn kẽm bị ăn mòn nhanh hơn hay chậm hơn đinh sắt không gắn kẽm? Giải thích.
Lời giải:
- Đinh sắt có gắn kẽm bị ăn mòn chậm hơn đinh sắt không gắn kẽm vì kẽm hoạt động hoá học mạnh hơn sắt nên kẽm sẽ bị ăn mòn trước.
Câu hỏi 2: Các thiết bị bằng thép (đường ống, bể chứa, giàn khoan dầu, tàu thuỷ, …) trong môi trường biển hoặc dưới lòng đất ẩm ướt thường được bảo vệ bằng phương pháp điện hoá. Kim loại được sử dụng để bảo vệ thép thường là kẽm (Hình 22.4). Hãy cho biết kim loại nào bị ăn mòn. Giải thích.
Lời giải:
- Thành phần chính của thép là sắt. Khi sử dụng kẽm để bảo vệ thép, thì kẽm bị ăn mòn trước vì kẽm hoạt động hóa học mạnh hơn sắt.
Câu hỏi 3: Hãy tìm hiểu và cho biết cách bảo vệ các đồ vật làm từ gang, thép bằng phương pháp phủ bề mặt.
Lời giải:
Một số cách bảo vệ các đồ vật làm từ gang, thép bằng phương pháp phủ bề mặt:
- Phủ lên đồ vật làm từ gang, thép các kim loại khác không gỉ như thiếc, kẽm …
- Sơn phủ lên bề mặt đồ vật làm từ gang, thép.
- Tra dầu, mỡ lên bề mặt đồ vật làm từ gang, thép…