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,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,是受了這種日常現(xiàn)象的蒙蔽。在某些電解質溶液中,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情況。

我們看到檢流計指針發(fā)生了偏轉,說明形成了原電池,通過檢流計指針的偏轉方向,可以得出發(fā)生原電池反應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+結合OH-生成Fe（OH)2,Fe（OH)2容易被氧化轉化為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