金属的腐蚀速度与极化作用
文/林玉珍·北京化工大学
在实际中，人们不仅关心金属设备和材料的腐蚀倾向，更重要的是关心腐蚀过程进行的速度。一个大的腐蚀倾向不一定对应着一个高的腐蚀速度。例如铝,从热力学角度看,它的腐蚀倾向很明显,但在某些介质中,它的腐蚀速度却极低,比那些腐蚀倾向较小的金属更耐蚀。可见,腐蚀倾向并不能作为腐蚀速度的尺度。对于金属设备来说,要设法来降低腐蚀反应的速度,以达到延长其使用寿命的目的。为此,必须了解腐蚀过程的机理,掌握不同条件下腐蚀的动力学规律以及影响腐蚀速度的各种因素,并寻求有效地解决方案。
腐蚀原电池
腐蚀发生的根本原因是由于环境中有氧化剂存在。而在工程中“材料/环境”组成的电极系统,由于种种原因(如材料成份等)使金属表面各处的电位不相等,统称为电化学不均匀性,从而形成腐蚀原电池,加速了腐蚀。例如工业锌,因其中含杂质(如Cu),存在着腐蚀电池，所以它的腐蚀速度要比纯锌大的得多如图1所示。
图1锌在稀酸中的腐蚀
腐蚀电池的工作历程
腐蚀电池的工作原理与—般原电池相同,如图2所示。阳极(区)上发生失去电子的氧化反应(阳极反应),电位相对较低,是电池中的负极,也是发生腐蚀的地方。阴极(区)上发生接收电子的还原反应(阴极反应),电位相对较高,是电池中的正极。腐蚀电流Ic的流向是指正电荷流动的方向,电流从阳极流出进入溶液中,再从溶液中流入阴极。
图2腐蚀电池的上作历程
腐蚀电池中,这三部分工作,相互联系,缺—不可。只要其中任何一个步骤停止,整个电池工作就停止,体系中的金属腐蚀也就停止。
腐蚀电池的特点
①腐蚀电池是短路的原电池,它将化学能变成电能,但却不能被利用,而是以热的形式散失掉了。
②腐蚀电池的存在,只能加速腐蚀,而不是腐蚀发生的根本原因。如果环境中没有氧化剂存在,即使有腐蚀电池的存在,也不会发生腐蚀。
③根据腐蚀电池中的电极大小,常把腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两类。 极化作用
极化作用及其表征
观察一个简化的腐蚀电池的工作,如图3所示。
图3腐蚀电池及其电流变化
当外电路未接通前,外电路的电阻相当于无穷大,电流为零。
当电池接通的瞬间,可观察到一个很大的起始电流。根据欧姆定律,其电流为:
式中Ek°为阴极(铜)的开路电位;Ea°为阳极(锌)的开路电位;R为电
池系统的总电阻。当电流瞬间达到最大值后,随时间的增长电流却很快减小,最后稳定在一个较小的电流值。
从欧姆定律可知,影响电流强度I的因素有二,电池两极间的电位差和电池内外电阻的总和R。电池接通，总电阻R并没有变化，那么电流I的减小只能是电池两极间的电位差降低的结果。实验测得的情况也完全证明了这一现象。
如图4所示，当电路接通后,阴极(铜)的电位变得越来越负;而阳极(锌)的电位变得越来越正;两极间的电位差变得越来越小,最后当电流减小并稳定在某值时,阴极的电位负移至Ek,而阳极的电位正移至Ea;两极的电位差减小到Ek-Ea,由于Ek-Ea《Ek°-Ea° ,所以在R不变的情况下,I移要比I始小很多。
腐蚀电化学
