金属腐蚀原理

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金属腐蚀原理

金属腐蚀原理

金属腐蚀原理
金属腐蚀是一种自然现象,指的是在金属表面发生化学或电化学反应的过程中,金属与外界环境中的氧气、水、酸、碱等物质发生反应,并通过一系列的化学变化导致金属表面的物质逐渐失去,形成腐蚀产物或产生损坏。

金属腐蚀过程中常见的形式包括氧化、腐蚀、侵蚀等。

金属腐蚀的主要原理与电化学反应有关。

在金属表面有微小的电位差存在,形成了微电池。

当金属进入电解质溶液中,在阳极和阴极两个区域形成了微小的电池,即腐蚀电池。

在阳极区域,金属原子被氧化离子损失电子,转化为正离子。

而在阴极区域,溶液中的还原剂接受电子,还原成原子或分子。

这样,金属表面就会发生电荷的流动,导致金属的腐蚀。

除了电化学反应,金属腐蚀还受到环境因素的影响。

例如,湿度、温度、PH值、化学物质浓度等都会影响金属腐蚀的速率和形式。

较高的湿度和温度可以加速金属腐蚀反应的进行,而酸性、碱性环境会使金属更易遭受腐蚀。

此外,金属的纯度和组织结构也会影响腐蚀的程度。

纯度较高的金属更不容易发生腐蚀,而晶粒结构较大或存在缺陷的金属更容易遭受腐蚀。

对金属腐蚀的原理的研究,有助于寻找防腐蚀的方法和措施。

常见的防腐蚀方法包括金属表面涂覆防腐涂料、阴极保护、合金化改进金属的抗腐蚀性能等。

防腐蚀技术的应用可以有效延长金属的使用寿命,减少腐蚀造成的经济和环境损失。

金属腐蚀的原理

金属腐蚀的原理

金属腐蚀的原理金属腐蚀是指金属与周围环境发生化学反应而导致金属表面失去原有性能的现象。

金属腐蚀是一个普遍存在的问题,不仅影响着金属制品的使用寿命,还给人们的生产和生活带来了诸多不便。

了解金属腐蚀的原理对于预防和控制金属腐蚀具有重要意义。

金属腐蚀的原理主要包括以下几个方面:1. 电化学腐蚀。

电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种电化学反应。

在电解质溶液中,金属表面会发生阳极溶解和阴极析出两种反应,导致金属表面的腐蚀。

阳极溶解是金属表面的原子失去电子成为离子溶解到溶液中,而阴极析出是溶液中的阳离子得到电子在金属表面析出成为金属原子。

这种电化学腐蚀是金属腐蚀中最主要的一种形式。

2. 化学腐蚀。

化学腐蚀是指金属与一些化学物质直接发生化学反应而导致金属表面腐蚀的现象。

化学腐蚀的原因主要是金属与氧气、水、酸、碱等化学物质发生氧化、水解、酸碱中和等反应,导致金属表面的腐蚀。

例如,铁的表面会与空气中的氧气发生氧化反应,生成铁氧化物,即锈。

3. 生物腐蚀。

生物腐蚀是指微生物、植物或动物对金属表面进行化学侵蚀的现象。

微生物和植物会在金属表面产生一些酸性物质,这些酸性物质会对金属表面产生腐蚀作用。

而一些动物,如海洋生物,会在金属表面产生一些有机物,这些有机物也会对金属表面产生腐蚀作用。

4. 应力腐蚀。

应力腐蚀是指金属在受到应力作用的情况下,在特定环境中发生的腐蚀现象。

金属在受到应力作用时,其原子结构会发生变化,使得金属更容易发生腐蚀。

应力腐蚀是一种危害性很大的腐蚀形式,往往会导致金属的快速破坏。

以上就是金属腐蚀的主要原理。

了解金属腐蚀的原理有助于我们采取有效的措施来预防和控制金属腐蚀,延长金属制品的使用寿命,减少资源浪费,保护环境。

希望大家能够重视金属腐蚀问题,共同努力为建设美丽的地球贡献自己的一份力量。

金属的腐蚀与防护

金属的腐蚀与防护

金属的腐蚀与防护金属是一种常见的材料,具有坚固、耐用的特性,广泛应用于建筑、制造业等领域。

然而,金属在长期使用中容易发生腐蚀现象,导致材料的质量下降,使得其功能受到影响。

因此,研究金属的腐蚀原理以及采取相应的防护措施就显得尤为重要。

一、金属腐蚀的原因金属腐蚀是指金属在与外界介质接触时发生化学或电化学反应,从而导致金属表面形成氧化物或盐类物质。

金属腐蚀的原因主要包括以下几点:1. 电化学反应:金属与介质发生电化学反应是引起腐蚀的主要原因之一。

当金属处于电解质溶液中时,金属表面会发生阳极和阴极反应,形成电池,促使金属的氧化和溶解。

2. 化学反应:金属在一些特定的介质中,比如酸性或碱性环境中,会与介质中的物质发生化学反应,形成氧化物或盐类产物。

3. 物理因素:除了电化学和化学反应外,一些物理因素也可能加速金属的腐蚀,如磨损、冲击和高温等。

二、金属腐蚀的分类根据金属腐蚀的不同机制,可以将其分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。

1. 化学腐蚀:化学腐蚀是指金属与介质中的物质发生直接的化学反应。

常见的化学腐蚀有酸腐蚀、碱腐蚀和氧化腐蚀等。

例如,金属在酸性环境中会与氢离子发生反应产生氢气,造成金属的腐蚀。

2. 电化学腐蚀:电化学腐蚀是指金属与电解质溶液中物质发生电化学反应,形成阳极和阴极电池导致金属腐蚀的过程。

电化学腐蚀常见的类型有腐蚀、热蚀和应力腐蚀等。

三、金属腐蚀的防护方法为了延长金属的寿命和保护其功能,人们采取了多种防护措施来抵御金属腐蚀。

以下介绍几种常用的金属腐蚀防护方法:1. 金属涂层:金属涂层是在金属表面覆盖一层具有防腐蚀性能的物质,如油漆或涂层。

金属涂层可以形成物理屏障,阻止金属与外界介质的接触,从而防止腐蚀的发生。

2. 电镀:电镀是将金属浸入含有金属离子的溶液中,通过电解反应使金属表面形成一层均匀的金属膜。

电镀可以提供额外的保护层,有效防止金属腐蚀。

3. 阳极保护:阳极保护是利用附加阳极电流或阴极保护剂来构建金属电池,在阴极处形成保护电位,从而减缓金属的腐蚀速度。

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法金属是一种常见的材料,广泛应用于各行各业。

然而,金属在特定条件下容易发生腐蚀,导致其性能下降甚至失效。

因此,了解金属的腐蚀原理和防腐方法是至关重要的。

1. 腐蚀原理金属腐蚀是指金属在与周围环境接触时发生的化学或电化学反应。

主要有以下几种类型:(1)电化学腐蚀:金属与电解质溶液接触时,在阳极处发生氧化反应,而在阴极处发生还原反应,导致金属离子溶解并形成腐蚀产物。

(2)化学腐蚀:金属与非电解质溶液或气体接触时,发生化学反应,例如金属与酸溶液接触产生的金属盐。

(3)晶间腐蚀:金属晶界或晶内存在着不稳定的化学成分,容易发生局部腐蚀,导致金属的断裂或剥落。

2. 防腐方法为了延长金属材料的使用寿命,减少腐蚀带来的损害,可以采取以下几种防腐方法:(1)涂层保护:涂层是一种常见的金属防腐方法。

通过在金属表面形成一层具有良好抗腐蚀性能的涂层,阻隔金属与外界环境的接触,减少腐蚀反应的发生。

(2)电化学保护:利用电化学原理,在金属表面形成保护性氧化物层或通过外加电流形成保护性阳极保护层,减缓腐蚀反应的进行。

(3)合金防腐:通过添加合金元素来改变金属的化学成分和结构,提高金属的抗蚀性能。

例如,不锈钢中添加了铬和镍等元素,使其具有良好的耐腐蚀性能。

(4)缓蚀剂:将能够与金属表面形成保护膜的化学物质涂覆在金属表面,形成一层保护层,以减缓腐蚀反应的发生,例如磷酸铁锌等物质。

综上所述,金属的腐蚀是由于与环境接触导致的化学或电化学反应。

为了延长金属材料的寿命,需要采取适当的防腐方法,如涂层保护、电化学保护、合金防腐和缓蚀剂等。

我们应该根据金属材料的具体应用环境和要求,选择合适的防腐方法,以保障金属材料的使用寿命和性能。

这样,我们才能更好地利用金属材料的优势,为社会发展做出更大的贡献。

金属腐蚀的原理及防治方法

金属腐蚀的原理及防治方法

金属腐蚀的原理及防治方法金属腐蚀是指金属在化学或电化学作用下,发生破坏性变化的过程。

腐蚀过程会降低金属的强度和硬度,使其失去原有的机械性能,影响材料的使用寿命和安全性。

因此,研究金属腐蚀的原理和防治方法,对延长金属材料的使用寿命、提高生产效率和确保安全具有重要的意义。

一、金属腐蚀的原理金属在自然环境中,常被暴露在空气、水、液体、土壤、化工介质、海水等导致的化学反应和电化学作用中,而导致金属的腐蚀。

在金属腐蚀过程中,发生的反应分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。

(一)化学腐蚀化学腐蚀是指金属与某种化学物质,如酸、碱、盐等反应产生的腐蚀现象。

化学腐蚀常用来描述各种酸性、碱性和盐性的腐蚀。

例如,铁在水和氧气的作用下,会和水中的二氧化碳形成碳酸化合物,这种化合物会使铁逐渐被分解,并形成红褐色的铁锈。

当铁上的铁锈不断增长,破坏铁表面的保护层,导致铁的腐蚀。

(二)电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属通过电极反应与电解质溶液中的阳、阴离子,或电解质溶液中的氧分子反应发生的腐蚀现象。

电化学腐蚀的过程中,金属表面的阳极区发生氧化反应,金属表面的阴极区发生还原反应。

例如,当铁在水中淋湿时,铁的表面会形成一个电解质界面。

随着时间的推移,铁表面的阳极区,也就是金属离子会溶解到电解质中,释放出电子,在表面形成负电位。

金属表面的阴极区则会吸收电子,在表面形成正电位。

由于阳离子的溶解和阴离子的吸附,会导致金属表面产生氢离子,它们会不断地在金属表面上沉积,并形成小洞使金属逐渐腐蚀。

二、金属腐蚀的防治方法(一)表面处理表面处理是一种防止金属腐蚀的有效方法。

表面处理的目的是为了增加金属的耐腐蚀性能,通过处理金属表面,使其不容易和外界物质发生反应,从而达到防止腐蚀的目的。

表面处理一般采用喷涂、热浸镀、电镀、电泳、涂层等方法,来对金属表面进行处理,从而防止金属腐蚀。

(二)金属镀层金属镀层是一种常用的防止金属腐蚀的方法。

在金属的表面涂上一层抗腐蚀能力强的金属,可以保护金属的表面不受腐蚀的侵蚀。

金属腐蚀原理

金属腐蚀原理

金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属在环境条件下受到化学或电化学作用而逐渐失去其原有性能的过程。

金属腐蚀是一种普遍存在的现象,它不仅会影响金属的外观和机械性能,还可能导致设备的损坏和安全隐患。

了解金属腐蚀的原理对于预防和控制金属腐蚀至关重要。

金属腐蚀的原理主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。

化学腐蚀是指金属在化学环境中受到氧化、还原、酸碱等化学作用而发生腐蚀。

例如,铁在潮湿的空气中会与氧气发生化学反应,生成铁氧化物,即锈。

电化学腐蚀是指金属在电化学环境中受到阳极和阴极的作用而发生腐蚀。

当金属表面存在阳极和阴极区域时,就会形成电化学腐蚀电池,金属在阳极处发生溶解,而在阴极处发生析出,从而导致金属腐蚀。

金属腐蚀的原理可以通过电化学腐蚀的腐蚀电位和腐蚀电流密度来进行表征。

腐蚀电位是指金属在电化学腐蚀条件下的电位,它可以反映金属的耐蚀性能。

腐蚀电流密度是指单位面积上金属在电化学腐蚀条件下的电流密度,它可以反映金属的腐蚀速率。

通过对腐蚀电位和腐蚀电流密度的测定,可以评估金属在具体环境中的腐蚀倾向和腐蚀速率,为金属腐蚀的预防和控制提供依据。

金属腐蚀的原理还与金属的组织结构、表面状态、应力状态等因素密切相关。

金属的晶粒大小、晶界分布、缺陷等微观结构都会影响金属的腐蚀行为。

金属表面的光洁度、清洁度、涂层等状态也会影响金属的腐蚀行为。

此外,金属的应力状态和变形状态也会影响金属的腐蚀行为。

因此,要全面了解金属腐蚀的原理,需要综合考虑金属的化学性质、电化学性质以及物理性质等多方面因素。

在实际工程中,为了预防和控制金属腐蚀,可以采取多种措施。

例如,可以通过选择合适的金属材料和合金材料、采用防腐涂层和防腐膜、改善金属的工艺处理和热处理、控制金属的应力状态和变形状态等方式来降低金属的腐蚀倾向和腐蚀速率。

此外,还可以通过改善环境条件、控制金属表面的清洁度和涂层状态、采用阴极保护和阳极保护等方式来减少金属的腐蚀损失。

综上所述,金属腐蚀是一种普遍存在的现象,其原理涉及化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。

金属腐蚀原理

金属腐蚀原理

金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属在特定条件下与周围环境中的化学物质发生反应导致其损失其原有性能和结构的现象。

金属腐蚀是一种自然现象,不可避免地影响了工业、农业、医疗、建筑和航空等领域的金属制品。

金属腐蚀的原理主要涉及以下几个方面:1. 化学反应金属与环境中的化学物质接触时,必然发生一系列化学反应。

铁与水和氧气反应会形成氧化铁,即铁锈。

Fe + H2O + O2 → Fe2O3·nH2O(铁锈)金属的电化学性质在这个过程中起着关键的作用。

如铜与氯离子反应如下:Cu + 2Cl- → CuCl2 + 2e-金属的原子释放出电子,产生正离子。

在电解质中,这些正离子随后会与负离子反应,导致金属表面的电化学腐蚀。

2. 电化学反应金属的表面被涂上一层绝缘性较好的材料或涂层,可以防止其与外部环境发生化学反应。

当涂层损坏或表面存在缺陷时,金属会变得更易受到腐蚀。

此时,金属会表现出电化学反应,也就是在金属表面形成电池。

金属的电子从阴极(电池的负极)流向阳极(电池的正极),从而导致阳极处的金属被电化学腐蚀。

3. 介质腐蚀金属腐蚀还会受到介质的影响,介质包括气体、液体和固体。

在钢材上,只有当表面附着了盐、油、水或化学物质等附件时,金属才会腐蚀。

在线的腐蚀往往会发生在地下管道和油罐等结构中,因为它们被完全包围在介质中。

在这种情况下,防护系统和钝化剂等方法可能会用来防护金属免受腐蚀的影响。

4. 海洋水腐蚀金属在海洋环境中面临更复杂的腐蚀挑战,因为海洋环境包含盐、水以及许多化学物质。

海水的腐蚀效果比纯水的腐蚀效果更严重,并可以在金属表面形成锈。

氯离子是最具腐蚀性的物质。

在船舶、桥梁和海上平台等重要结构中,通常需要采用特殊的腐蚀防护措施来保护金属免受海洋环境的损害。

金属腐蚀涉及多个因素,包括化学反应、电化学反应、介质腐蚀和海水腐蚀等。

通过了解这些原理,我们可以采取更有效的方法来防止金属腐蚀并延长其寿命。

除了了解金属腐蚀的原理之外,还需要对不同类型的金属腐蚀有深入的了解。

金属电化学腐蚀基本原理

金属电化学腐蚀基本原理

金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀是指金属与环境中的化学物质发生反应而遭受损害的过程。

其基本原理可以概括为以下几点:
1. 金属的电化学性质:金属具有导电性质,其内部存在自由电子,可以形成电流。

不同金属的电化学性质有所差异,会影响金属的耐腐蚀性能。

2. 电化学反应:金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。

在电解质溶液中,金属表面会发生氧化和还原反应。

这些反应中,金属作为阴极或阳极参与电子传递过程,从而导致金属的腐蚀。

3. 电化学腐蚀过程:在电解质溶液中,当金属表面存在局部缺陷(如划痕、裂缝等)时,就会形成阳极和阴极的区域差异。

阳极区域发生氧化反应,金属通过失去电子被溶解成阳离子进入溶液中;而阴极区域则发生还原反应,一些物质被还原成金属。

在这个过程中,金属的一部分被腐蚀,组成金属的原子被离子替代,最终导致金属的损坏。

4. 影响腐蚀速率的因素:金属电化学腐蚀速率受多种因素影响,包括溶液中的电导率、氧含量、温度等。

此外,金属的合金成分、微观结构和表面处理等也会对腐蚀速率产生影响。

5. 防腐措施:为了减缓金属电化学腐蚀的发生,可以采取多种防腐措施,例如使用防腐涂层、合金化、电镀、阳极保护等方法,以提高金属的耐腐蚀性能。

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3.3 金属腐蚀原理3.3.1概述从腐蚀的定义及分类,我们知道腐蚀主要是化学过程,我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理-----化学机理和电化学机理.化学腐蚀是根据化学的多相反应机理,金属表面的原子直接与反应物(如氧﹑水﹑酸)的分子相互作用。

金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的,电子从金属原子直接转移到接受体,而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。

金属和不导电的液体(非电解质)或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。

最主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀,也就是金属的氧化过程(与氧的化学反应),或者是金属与活性气态介质(如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等)在高温下的化学作用。

电化学腐蚀是最常见的腐蚀,金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。

如在自然条件下(如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等)对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。

图3-11 铁的电化学腐蚀模型电化学腐蚀机理与纯化学腐蚀机理的基本区别是:电化学腐蚀时,介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。

阳极过程是金属原子直接转移到溶液中,形成水合金属离子或溶剂化金属离子;另一个共轭的阴极过程是留在金属内的过量电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。

左图即是铁的电化学腐蚀模型。

(点击放大播放f l a s h)3.3.2金属腐蚀的电化学概念1.电极反应及电极相:由化学性质和物理性质一致的物质组成的、与系统的其他部分之间有界面隔开的集合叫做相。

电极系统:如果系统由两个相组成,一个相是电子导体(叫电子导体相),另一个相是离子导体(叫离子导体相),且通过它们互相接触的界面上有电荷在这两个相之间转移,这个系统就叫电极系统。

将一块金属(比如铜)浸在清除了氧的硫酸铜水溶液中,就构成了一个电极系统。

在两相界面上就会发生下述物质变化:C u(M)→C u2+(s o l)+2e(M)这个反应就叫电极反应,也就是说在电极系统中伴随着两个非同类导体相(C u和C u S O4溶液)之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应,称为电极反应。

这时将C u称为铜电极。

同样我们将一块金属放入某种离子导体相中,也会发生类似的电极反应:M e→M e n++n e但是大家注意,在电化学中,电极系统和电极反应这两个术语的意义是很明确的,但电极这个概念的含义却并不很肯定,在多数场合下,仅指组成电极系统的电子导体相或电子导体材料,而在少数场合下指的是某一特定的电极系统或相应的电极反应,而不是仅指电子导体材料。

图3-12 氢电极示意图如一块铂片浸在H2气氛下的H C l 溶液中,此时构成电极系统的是电子导体相P t和离子导体相的水溶液,其电极反应是:1/2H2→H+(s o l)+e(M)我们称之为氢电极而不是铂电极。

(如左上图,点击放大)电极反应的特点是:<1>所有电极反应都是化学反应,因此所有关于化学反应的一些基本定律(如当量定律,质量作用定律)都适用于电极反应,但它又不同于一般的化学反应;<2>电极反应必须发生在电极表面上;<3>两个共轭的氧化还原反应。

2.电极电位金属作为一个整体是电中性的。

当金属与溶液接触时,由于其具有自发腐蚀的倾向,金属就会变成离子进入溶液,留下相应的电子在金属表面上。

结果使得金属表面带负电。

而与金属表面相接触的溶液带正电。

这就使得在电极材料与溶液之间的相界区不同于电极材料或溶液本身,该相界区通常称为双电层。

由于双电层的建立,使金属与溶液之间产生了电位差。

这种电位差就叫电极电位。

随着时间的推移,进入溶液的离子越来越多,留在表面的电子也越来越多,由于电子对离子的吸引力,金属的离子化倾向愈来愈困难,最后达到平衡。

此时就有一个不变的电位量,称为平衡电位。

当温度为25°C,金属离子的有效浓度是1克离子/升,(即活度为1)时的平衡电位叫标准电极电位。

图3-13电双层结构示意图电极电位(金属与溶液的电位差)其绝对值即(E金-E液)我们是无法测量出来的.这个我们从下左图中(点击放大)可以清楚地看到.图3-14 一个电极系统的绝对电位无法测量示意图我们要测如图中的(E c u-E s o l),就要将电表连接到此电位的两端,为此必须引入金属M e,所以实际上我们测得的电位是E=(E c u-E s o l)+(E s o l-E M e)+(E M e-E c u),也就是由C u/水溶液和M e/水溶液两个电极系统所组成的原电池的电动势。

而这个为了测量而使用的电极系统(M e/水溶液)叫参考电极(对参考电极的要求是:电极反应应保持平衡,且与该电极反应有关的各反应物的化学位应保持恒定)。

因此,确切地说我们测得的电极电位应是待测电极系统与参考电极系统组成的原电池的电动势。

在各种参考电极中,有一个电极最重要,这就是标准氢电极:它是镀了铂黑的P t浸在压力为1个大气压的H2气氛下的H+离子活度为每升1克离子的溶液中构成的电极系统,其电极反应为:1/2H2(g)→H+(s o l)+e(p t)按化学热力学中规定,该电极的标准电极电位为零。

所以用标准氢电极与待测电极系统组成的原电池的电动势即电极电位就可以认为是等同于待测系统的电极电位绝对值。

如果我们采用别的参考电极(用饱和甘汞电极等),那么所测得的电极电位与用标准氢电极所测得的电极电位之间就有一个差值,这个差值只决定于参考电极系统,而与待测电极系统无关。

测定了这些差值后,用不同的参考电极测出的电极电位值之间可以互相换算。

故我们指某个电极系统的电极电位时一定要指明所用的参考电极类型。

一般来说,我们可以用一个通式来表示一个电极反应:(-γR)R+(-γ1)S1+(-γ2)S2+……→γo O+γl S l+γS m+……+Z em其中:R-----还原体;O-----氧化体S-----氧化状态没有发生变化的物质γj-----第j种物质的化学计量系数Z-----电极反应中电子e的化学计量系数这个电极系统其平衡电极电位与温度和浓度的关系可用能思特(N e r n s t)方程式表明:(以标准氢电极作为参考电极)E e=E°+(R T/Z F)∑γj㏑a j=E°+(R T/Z F)㏑(∏a jγj)其中:E e-----平衡电极电位,即该电极在不通电时所具有的电极电位E°-----标准电位:E°=(1/Z F)∑γjμj°(μj°-----j种物质的标准化学位)R-----气体常数(8.313焦耳/度)Z-----参加电极反应的电子数T-----绝对温度(273+t)o CF-----法拉第常数(96500库仑)a-----金属离子活度如对电极系统:C u(M)→C u2+(s o l)+2e(M)E e=E°+(R T/2F)㏑a C u2+当C u2+的活度等于1时,E e=E°。

将标准电极电位按次序排列的表格叫做电化序(如下表为在水溶液中某些电极的标准电极电位(电化序)。

表3-1 水溶液中某些电极的标准电极电位(电化序)电极反应标准电极电位(伏特)L i++e=L i-3.045K++e=K-2.925N a++e=N a-2.714M g2++2e=M g-2.37T i2++2e=T i-1.63M n2++2e=M n-1.18Z n2++2e=Z n-0.762C r3++3e=C r-0.74F e2++2e=F e-0.441N i2++2e=N i-0.250P b2++2e=P b-0.126C u2++e=C u+0.153C u++e=C u0.337A g++e=A g0.799A u++e=A u1.68电化序反映了金属氧化,还原的能力。

对于预测金属在一定环境中是否产生腐蚀是很有用的。

电位低,表示金属容易离子化(如F e,Z n,M g等金属),电位高,表示金属不容易离子化(如C u,A g,A u等贵金属)。

3.腐蚀电位与接触腐蚀我们现在考虑在一个腐蚀液中放入两块电极电位不同的纯金属M1和M2(如F e和C u).如果它们孤立存在时,它们会分别达到平衡(M1=M1n++n e,M2=M2m++m e),其电极电位即为平衡电位。

但若我们用一根电阻为零的导线将它们连起来,会出现什么样的情况呢?如图3-15所示。

(点击放大)图3-15 由两种不同金属作为电极材料的短路原电池示意图假设E e M2>E e M1,则导通以后就有电流沿导线从M2流向M1,也就是说M1孤立存在时金属表面的电子会通过导线流向M2,使得M1表面电子减少而M2表面电子增多,从而使得电极反应M1=M1n++n e失衡,反应向着正反应方向进行,也就是导线连通后,在M1上有阳极电流(从金属流入溶液),金属M1溶解速度加快,而对于电位较高的M2来说,则使得电极反应M2=M2m++m e失衡,向逆反应方向进行,也就是导线连通后,在M2上有阴极电流(从溶液流入金属),即使得M2的溶解速度减慢。

若溶液中含有去极化剂Y,其电极反应为Y--e=Y,且E e M1<E e Y<E e M2,则在阴极上进行的电极反应为就不是M2=M2m++m e,而是Y--e=Y,即M2本身并不参与电极反应。

所以上述的原电池实际上就是一个短路的原电池,我们也称之为腐蚀电池-----即只能导致金属材料破坏而不能对外界作有用功的短路原电池。

由于我们用的是电阻为零的导线将M1和M2连接起来,所以连通后M1与M2上的电位应相等,M1和M2独立存在时E e M2>E e M1,故连接后两个电极系统的电极电位就不再是其平衡电位,而是同一个电位E,电位E既是阳极(M1)反应的非平衡电位,又是阴极(M2)反应的非平衡电位,并且我们可以证明:E e M1<E<E e M2,即E 介于二电极的平衡电位之间。

以上我们讨论的是两块非常纯的金属M1和M2分别放入同一溶液中,然后将它们用导线连接起来的情况。

既然导线电阻为零,也就相当于将M1和M2直接靠在一起,而在M1和M2上分别有阳极电流和阴极电流。

如上所述,如果溶液中有去极化剂Y存在,且E e M1<E e Y<E e m M2时,那么此时的电极反应就是M1=M1n++n e和Y+e=Y-,而同作为阴极的材料M2本身没有关系,所以我们可以将靠在一起的M1和M2看作为两块M1靠在一起,也就是说相当于一块增大了面积的金属M1浸在溶液中,在其上进行的电极反应仍是共轭反应M1=M1n++n e和Y+e=Y-(如F e在酸中:F e=F e+2e,2H++2e=H2↑),(即如下图所示)。

(点击放大)图3-16 由同一种金属作为电极材料组成的短路原电池与电极反应耦合系统之关系此时M1的电极电位既不是E e M1,也不是E e Y,而是介于E e m1与E e Y之间的电位E,这一对耦合起来的电极反应都在这个非平衡电位E下进行,我们称该电极电位E为这一对共轭电极反应的混合电位。

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