Lớp 12 · Hoá Học
Bài 22
Sự ăn mòn kim loại
Khái niệm và bản chất của ăn mòn kim loại; hai dạng ăn mòn (ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá) cùng cơ chế, điều kiện; và các phương pháp chống ăn mòn: phương pháp điện hoá và phương pháp phủ bề mặt.
1
Khái niệm và bản chất của ăn mòn kim loại
▼
ĐỊNH NGHĨA
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.
⚗️
Bản chất: ăn mòn kim loại là phản ứng oxi hoá – khử, trong đó kim loại là chất khử (nhường electron), các chất trong môi trường là chất oxi hoá. Quá trình tổng quát: $\text{M} \rightarrow \text{M}^{n+} + ne$.
▸ Một số ví dụ ăn mòn trong thực tế:
| Hiện tượng | Biểu hiện |
|---|---|
| Gỉ sắt | Lớp gỉ màu nâu đỏ ($\text{Fe}_2\text{O}_3 \cdot n\text{H}_2\text{O}$), do sắt bị oxi hoá trong không khí ẩm |
| Gỉ đồng | Lớp gỉ màu xanh (patina), do Cu phản ứng với $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ |
| Ăn mòn nhôm | Lớp oxide màu trắng xám ($\text{Al}_2\text{O}_3$) |
⚠️
Tác hại: gây thiệt hại kinh tế lớn (ước tính ~25% sản lượng thép thế giới bị ăn mòn mỗi năm), làm thay đổi tính chất cơ học của vật liệu gây mất an toàn, và ảnh hưởng đến môi trường.
2
Ăn mòn hoá học
▼
KHÁI NIỆM
Ăn mòn hoá học là dạng ăn mòn do xảy ra phản ứng oxi hoá – khử TRỰC TIẾP giữa kim loại với các chất oxi hoá có trong môi trường.
| Đặc điểm của ăn mòn hoá học |
|---|
| Phản ứng xảy ra trực tiếp giữa kim loại và chất oxi hoá. |
| Không có sự tạo thành pin điện; không cần dung dịch chất điện li. |
| Thường xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc trong môi trường khô. |
▸ Ví dụ (kim loại của lò đốt, thiết bị nung bị ăn mòn bởi $\text{O}_2$, hơi nước ở nhiệt độ cao):
$3\text{Fe} + 2\text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Fe}_3\text{O}_4$
$3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2$
$4\text{Fe} + 3\text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{Fe}_2\text{O}_3$
$3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2$
$4\text{Fe} + 3\text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{Fe}_2\text{O}_3$
3
Ăn mòn điện hoá: khái niệm và 3 điều kiện
▼
KHÁI NIỆM
Ăn mòn điện hoá là dạng ăn mòn kim loại xảy ra khi có sự tạo thành pin điện.
▸ Ăn mòn điện hoá xảy ra khi đồng thời có đủ 3 điều kiện:
1
Có hai điện cực khác nhau (2 kim loại, hoặc 1 kim loại + 1 phi kim)
2
Hai điện cực tiếp xúc với nhau (trực tiếp hoặc qua dây dẫn)
3
Hai điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li
❗
Nếu thiếu một trong ba điều kiện trên thì ăn mòn điện hoá KHÔNG xảy ra.
4
Cơ chế ăn mòn điện hoá (gang/thép trong không khí ẩm)
▼
🔬
Gang/thép là hợp kim Fe–C. Trong không khí ẩm, bề mặt có lớp nước mỏng hoà tan $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ → dung dịch điện li. Fe và C tiếp xúc dung dịch này → tạo thành vô số pin điện hoá nhỏ Fe–C.
Pin điện hoá Fe – C trong không khí ẩm
Anode (cực âm) — Fe
$\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e$
(oxi hoá → Fe bị ăn mòn)
(oxi hoá → Fe bị ăn mòn)
Cathode (cực dương) — C
$\frac{1}{2}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2e \rightarrow 2\text{OH}^-$
(khử → C không bị ăn mòn)
(khử → C không bị ăn mòn)
▸ Quá trình tiếp theo tạo gỉ sắt:
$\text{Fe}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_2$
$4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_3$
$2\text{Fe(OH)}_3 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \cdot 3\text{H}_2\text{O}$ (gỉ sắt nâu đỏ)
$4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_3$
$2\text{Fe(OH)}_3 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \cdot 3\text{H}_2\text{O}$ (gỉ sắt nâu đỏ)
QUY TẮC QUAN TRỌNG
Trong ăn mòn điện hoá, kim loại đóng vai trò ANODE (cực âm) sẽ bị ăn mòn — đó là kim loại có tính khử mạnh hơn (thế điện cực chuẩn nhỏ hơn).
Sơ đồ pin điện hoá Fe–C: Fe (anode) bị ăn mòn, electron chuyển sang C (cathode).
5
So sánh ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá
▼
| Tiêu chí | Ăn mòn hoá học | Ăn mòn điện hoá |
|---|---|---|
| Bản chất | Oxi hoá – khử trực tiếp | Có sự tạo thành pin điện |
| Điều kiện | Không cần dung dịch điện li | Cần đủ 3 điều kiện |
| Môi trường | Khô hoặc nhiệt độ cao | Ẩm, có dung dịch điện li |
| Tốc độ | Thường chậm | Thường nhanh hơn |
| Ví dụ | Lò đốt, thiết bị nung | Gang/thép trong không khí ẩm |
| Mức độ phổ biến | Ít phổ biến | Rất phổ biến |
📌
Trong thực tế, ăn mòn điện hoá phổ biến hơn và gây thiệt hại lớn hơn ăn mòn hoá học.
6
Chống ăn mòn: phương pháp điện hoá
▼
🔋
Nguyên tắc: gắn kim loại cần bảo vệ với một kim loại khác hoạt động hoá học mạnh hơn. Kim loại mạnh hơn đóng vai trò anode và bị ăn mòn THAY cho kim loại cần bảo vệ.
▸ Ví dụ — bảo vệ thép (Fe) bằng kẽm (Zn):
Pin Zn – Fe (vì $E^{\circ}_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0{,}762$ V $<$ $E^{\circ}_{\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}} = -0{,}440$ V)
Anode (−) — Zn
$\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e$
(Zn bị ăn mòn thay)
(Zn bị ăn mòn thay)
Cathode (+) — Fe
$\frac{1}{2}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2e \rightarrow 2\text{OH}^-$
(Fe được bảo vệ)
(Fe được bảo vệ)
| Ứng dụng | KL bảo vệ | KL được bảo vệ |
|---|---|---|
| Vỏ tàu biển (phần chìm) | Zn | Thép |
| Đường ống dẫn dầu/khí dưới đất | Zn hoặc Mg | Thép |
| Bể chứa, giàn khoan, cầu cảng | Zn hoặc Mg | Thép |
💡
Kim loại thường dùng để bảo vệ thép là Zn, Mg (vì có tính khử mạnh hơn Fe → E° nhỏ hơn).
7
Chống ăn mòn: phương pháp phủ bề mặt
▼
🎨
Nguyên tắc: cách li kim loại cần bảo vệ với môi trường bằng cách phủ lên bề mặt một lớp chất bảo vệ.
| Biện pháp | Cách thực hiện | Ví dụ |
|---|---|---|
| Mạ kim loại | Phủ lớp kim loại không gỉ (Au, Ag, Cr, Ni...) | Đồng hồ mạ vàng, chi tiết máy mạ chromium |
| Tráng | Nhúng vào kim loại nóng chảy (Sn, Zn) | Sắt tây (tráng thiếc), tôn (tráng kẽm) |
| Sơn | Phủ lớp sơn lên bề mặt | Sơn cửa sắt, khung xe, hàng rào |
| Bôi dầu mỡ | Bôi dầu, mỡ, vaseline | Xích xe, khoá cửa, dụng cụ cơ khí |
| Tráng men, phủ nhựa | Phủ lớp men hoặc nhựa polymer | Nồi tráng men, ống nhựa bọc thép |
▸ So sánh tôn và sắt tây khi bị trầy xước:
| Sản phẩm | Cấu tạo | Khi bị trầy xước |
|---|---|---|
| Tôn | Thép tráng kẽm (Zn) | Zn bị ăn mòn thay cho Fe (bảo vệ điện hoá) → Fe vẫn được bảo vệ |
| Sắt tây | Thép tráng thiếc (Sn) | Fe bị ăn mòn nhanh (vì Fe mạnh hơn Sn) |
✅
Kết luận: tôn bền hơn sắt tây khi bị trầy xước, vì tôn còn có thêm cơ chế bảo vệ điện hoá (Zn hi sinh thay cho Fe).
8
Phương pháp giải các dạng bài tập
▼
🧩 Dạng 1 — Phân biệt ăn mòn hoá học & điện hoá
Khô / nhiệt độ cao → ăn mòn hoá học. Ẩm + có 2 điện cực (hợp kim, 2 KL tiếp xúc) + dd điện li → ăn mòn điện hoá.
VD: thép trong không khí khô → hoá học; thép trong không khí ẩm hoặc nước biển → điện hoá.
🧩 Dạng 2 — Xác định điều kiện ăn mòn điện hoá
Kiểm tra đủ 3 điều kiện: (1) 2 điện cực khác nhau? (2) tiếp xúc? (3) có dd điện li? Thiếu 1 → không xảy ra.
VD: đinh thép trong dầu ăn (không dẫn điện) hoặc không khí khô → KHÔNG ăn mòn điện hoá; trong nước muối, giấm → CÓ.
🧩 Dạng 3 — Giải thích cơ chế ăn mòn điện hoá
Kim loại có E° nhỏ hơn → anode (bị ăn mòn): $\text{M} \rightarrow \text{M}^{n+} + ne$. Cathode: $\frac{1}{2}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2e \rightarrow 2\text{OH}^-$.
VD: Fe ngâm $\text{CuSO}_4$ → Cu sinh ra bám lên Fe → pin Fe–Cu → Fe (anode) bị ăn mòn.
🧩 Dạng 4 — Chọn kim loại bảo vệ (phương pháp điện hoá)
Chọn kim loại có tính khử mạnh hơn kim loại cần bảo vệ (E° nhỏ hơn).
VD: bảo vệ Fe ($E^{\circ} = -0{,}440$ V) → dùng Mg ($-2{,}356$ V) hoặc Zn ($-0{,}762$ V); không dùng Cu, Ag (E° dương).
🧩 Dạng 5 — Bài tập thực tế về ăn mòn & bảo vệ
Phân tích loại ăn mòn → đề xuất giải pháp: dễ tiếp cận để gắn KL → điện hoá; cần trang trí, dễ làm → phủ bề mặt (sơn, mạ, bôi dầu mỡ).
★
Tổng kết & ôn tập
▼
| Nội dung | Ghi nhớ nhanh |
|---|---|
| Bản chất | Kim loại bị oxi hoá ($\text{M} \rightarrow \text{M}^{n+} + ne$) → là phản ứng oxi hoá – khử |
| Ăn mòn hoá học | Oxh–khử trực tiếp, khô/nhiệt độ cao, không tạo pin điện |
| Ăn mòn điện hoá | Tạo pin điện, cần đủ 3 điều kiện; KL có E° nhỏ hơn (anode) bị ăn mòn |
| Chống ăn mòn | Điện hoá (gắn Zn, Mg) và phủ bề mặt (sơn, mạ, tráng, bôi dầu mỡ) |
| Tôn vs sắt tây | Tôn (tráng Zn) bền hơn sắt tây (tráng Sn) khi trầy xước |
📚
Muốn ôn lại lý thuyết đầy đủ, xem thêm công thức, mẹo ghi nhớ và ví dụ chi tiết, hãy đọc bài lý thuyết Bài 22 trên Edus.vn nhé!
Đọc bài chi tiết →
1
—
Điểm: 0/25
🔧
Cùng luyện Bài 22 – Sự ăn mòn kim loại!
25 câu: 21 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 2 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/25
💡 Gợi ý
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ