金屬的什么部位腐蝕最嚴重？

陳春麗

（江蘇省豐縣歡口中學江蘇豐縣221700）

金屬的什么部位腐蝕最嚴重？

陳春麗

（江蘇省豐縣歡口中學江蘇豐縣221700）

通過濃差電池的形成和實驗說明了金屬在電解質(zhì)溶液液面上下的腐蝕情況，澄清了人們對金屬腐蝕的一種錯誤認識。

電化學腐蝕；溶解氧；濃差電池；銹蝕

電化學腐蝕是自然界中金屬腐蝕最普遍的一種形式,由于金屬在這種腐蝕的過程中發(fā)生許多微電池反應(yīng),造成電化學腐蝕比其它形式的腐蝕更快、更嚴重。

圖1

在中學化學中,有這樣一個和電化學腐蝕有關(guān)的問題：將一根鐵釘如圖1所示放入一個盛有食鹽水的試管中,則鐵釘上部（液面上)、鐵釘與液面交界處、鐵釘下部（液面下)三個部位,哪個部位腐蝕最嚴重？

通過實驗我們發(fā)現(xiàn)在食鹽水液面與鐵釘?shù)慕佑|處鐵銹產(chǎn)生的最多。對于上面提出的問題我們有些老師和許多教輔材料給出的答案為：液面交界處鐵釘腐蝕最嚴重。可能你也會認為這個答案是正確的,因為自然界中鋼鐵通常在液面交界處有大量的鐵銹產(chǎn)生,其它部位的鐵銹都比液面交界處少得多。其實這個答案是憑想當然給出的,是受了這種日?，F(xiàn)象的蒙蔽。在某些電解質(zhì)溶液中,腐蝕最嚴重的部位不是在鐵釘和液面交界處,而是位于液面以下的部分,并且與液面以下的深度有關(guān)系,液面越往下鐵釘腐蝕也越嚴重,這是為什么呢？我們可以作下面的分析。

圖2

如圖2所示將鐵棒插入弱堿性或中性電解質(zhì)溶液（如食鹽水)中,溶解于水溶液中的氧氣和鐵棒間就會發(fā)生原電池反應(yīng)而引起鐵棒的銹蝕。

在鐵棒腐蝕的過程中,鐵失去電子被氧化,吸附在鐵表面的氧氣分子得到電子被還原,當鐵棒插入溶液而又有鐵棒露在液面外時,暴露在液面外和與液面交界處的鐵棒周圍氧氣的濃度較大,而液面下鐵棒附近溶液中溶解的氧氣濃度較小,氧氣濃度大的地方氧氣在鐵棒上更容易得到電子被還原,這樣就造成液面交界處鐵棒的電位高于液面下鐵棒的電位,液面下鐵棒失去電子就會流向電極電位高的上部,鐵棒和電解質(zhì)溶液間就形成了濃差電池,處于氧氣濃度低處的鐵將失去電子構(gòu)成濃差電池的負極而受到腐蝕,在這種腐蝕過程中,液面下面的鐵被逐漸消耗,而和液面交界處的鐵接受了液面下部鐵提供的電子被保護,因此上述試管中的鐵釘下部腐蝕最嚴重。

為了說明鐵棒腐蝕的情況,筆者設(shè)計了下面的實驗：

實驗裝置如圖3所示：

圖3

將帶橡皮塞的鐵棒插入一定長度的玻璃管中,玻璃管中加入加熱煮沸的氯化鈉溶液,用玻璃棒攪拌上部的溶液,形成與自然條件相似的環(huán)境。然后用導線連接鐵棒兩端,線路中接入檢流計,觀察檢流計指針偏轉(zhuǎn)情況。

我們看到檢流計指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),說明形成了原電池,通過檢流計指針的偏轉(zhuǎn)方向,可以得出發(fā)生原電池反應(yīng)的負極是鐵棒的下端,鐵棒的上端為原電池的正極。所以在鐵棒腐蝕的過程中,下端的鐵失電子被腐蝕。

既然鐵棒、鐵釘下部的腐蝕最嚴重,為什么我們卻看到和液面交界處鐵釘生銹最多呢？我們來看鐵銹的形成過程。

由于濃差電池的形成,液面下鐵釘為負極：2Fe-4e-=2Fe2+

液面交界處鐵釘為正極：O2+4e-+2H2O=4OH-

生成的Fe2+在溶液中擴散到OH-濃度大的液面,在液面Fe2+結(jié)合OH-生成Fe（OH)2,Fe（OH)2容易被氧化轉(zhuǎn)化為Fe（OH)3,進一步形成鐵銹。

1008-0546（2011）10-0067-01

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2011.10.034