当前课程知识点：腐蚀与防护 > 第二章 电化学腐蚀热力学 > 2.1 电化学腐蚀电池 > 电化学腐蚀电池
同学们 我们上一章学习了
金属腐蚀的基本概念
和均匀腐蚀速率的表示方法
在此基础上我们要回答为什么
金属会发生腐蚀 特别是电化学腐蚀
要回答这个问题
我们需要学习本章内容
金属电化学腐蚀热力学
本章的基本知识点主要为腐蚀电池
电极电位 电动序和E-pH
首先我们来看电化学腐蚀电池
金属腐蚀的例子在我们生活中无处不在
例如
自行车在室外长时放置没有保养时生锈
热水器里面的镁合金牺牲阳极棒发生腐蚀
此外 空调的室外机
水龙头和古代钱币等也发生锈蚀
然而 铂 黄金等金属不易腐蚀
可以最为传家宝世代相传
为什么有的金属容易生锈
而有的金属又不容易腐蚀呢
这个问题就涉及金属电化学腐蚀的
热力学问题
我们知道
从热力学角度判断等温等压体系
是否自发进行
可以通过常规的化学位
计算吉布斯自由能来判定
以左图为例
一般常规金属的自由能
高于其腐蚀产物的自由能
由此其腐蚀产物与金属自由能差小于零
此时金属向腐蚀产物的反应可自发进行
即金属易于腐蚀 当自由能差等于零时
体系处于平衡态 不腐蚀
大于零时 发生逆反应 也不腐蚀
实施上利用化学位来计算往往比较复杂
是否还有其他方法呢
为了回答这个问题
我们首先需要了解腐蚀电池的概念
什么是腐蚀电池
我们首先来看盐水电动车玩具实验
盐水电动车实验所涉及的材料包括
第一
我们的电极
首先是黑色的碳电极
第二个电极
是我们 白的 金属颜色的
镁电极
第三个是我们的
盐水电动车
这可以在网上非常方便的买到
第四个我们的
家用的电池做对比实验
第四 我们的家用食盐
最后一个我们的自来水
如果为了获得更好的效果
可以滴几滴白醋 带有酸性的
那么我们这里是滴了一滴白醋的自来水
下面首先我们要看一下实验
第一我们先用电池来做对比试验
下面首先我们拿电池和小车做对比
我们先把马达的两根电线接我们的电池
一旦接上电大家可以看到
电源
电源将会带动马达转动
马达上的齿轮
会带动我们的齿轮
以及
车轮转动
这样我们的小车就会行走
下面
我们把电池换下
用我们的电极盐和水
我们的红线接我们的碳电极
用我们的黑线
接我们的镁电极
我们放入盐
盐的量
实际上可以根据你自己的需要
进行添加
我这里全部把盐倒入
接下来我们倒入水
接下来我们首先把
碳电极放入
没有变化
接下来我们把镁电极放入
取走一个金属片
体系不产生电能
这样的两个电极与电解质一起
实际上构成了化学原电池
目前已知的所有电池
包括干电池 蓄电池 手机锂电池
车用燃料电池等的基本结构均是如此
不同电池的差异是在电极
与电解质的材料与形态发生了变化
同时部分电池会在两个电极之间增加薄膜
起导电 隔离电极短路和污染的作用
大家再来看这个电动车
我们看 镁片
我们取出镁金属一端电极 肉眼可见
镁金属片已经发生了腐蚀
表面已经从原来
比较
银亮色的金属色
变成了银亮色和黑色
灰色混在一起的颜色
因此 盐水与电池体系具有有电池的功能
可以将化学能转变为电能作有用功
故我们这里定义
原电池是一个可以将化学能
转变为电能的装置
原电池的原理与结构
最早在1799年伏特发现
如图为当时原电池的实验模型
如果把两个片状物体连接呢
大家再看
我们连接在一起放入
我们同样看得出
镁金属机体还是在冒泡
但是如果抬起来
还可以看到小车它并不发生转动
大家看 小车不发生转动
我们拿着 手感觉一下
我们感觉到略有发热
故这样的情况下 两个电极连在一起
就如同我们的电池的两端
用导线直接相连
这就构成了短路的原电池
那么在短路条件下的原电池中
金属的化学能以热能被耗散掉
不作有用功 此时这样的电池为腐蚀电池
我们将腐蚀电池结构加以抽象
如图所示 可以发现系统由三部分构成
(1)是电极 它是由电子导体相
与离子导体相构成的电极
如图中电子导体相金属镁
与离子导体相NaCl溶液构成的阳极
它发生的是镁失去电子的反应
失电子反应我们成为氧化反应
相应的电极为阳极
碳片与盐水构成的阴极
发生得电子的析氢反应
称为阴极反应
(2)电解质溶液
使得电解质中可发生离子的迁移
(3)构成回路
在阴极和阳极之间存在电位差
由电位差引起的电势能
使得电流如同水一样
从高势能处往低势能处流动
在导线回路中金属会不断失去电子
并移动到阴极将其消耗
同时在金属阳极的溶液表面不断形成离子
使得阳极反应持续进行
金属发生腐蚀
因此 阴极 阳极
电解质和回路是发生腐蚀的四大必要条件
同学们会问
现实生活中
金属的腐蚀宏观上往往不一定
都是像电池这样的结构呀
这是为什么
事实上腐蚀电池的形式可以有多种多样
例如 根据ZnCu宏观腐蚀电池的原理
Zn电位低 作阳极被腐蚀
我们把两种金属互相接触
替换掉导线 也能实现腐蚀电池的作用
例如我们生活中常见的黄铜的水表
与铁水管构成的腐蚀电解池 是第二种类型
除了这些阴极反应和阳极反应
分开的宏观腐蚀电池外
还包括阴极和阳极反应都在
同一金属表面的腐蚀电解池
例如常见的铁钉在水中的腐蚀
从微观角度
由于金属表面组织成为的非均匀性
也能形成微观腐蚀电池
如球磨铸铁中的石墨作阴极 铁作阳极
现在我们知道了金属腐蚀是
由于其电解池的作用
除了短路原电池的结构特征之外
电池具有电动势
即阴阳极电位差是腐蚀的关键
那么电极是如何形成电位的呢
-1.1 腐蚀与防护的基本概念
-1.2 腐蚀的分类
--腐蚀的分类
-1.3 全面腐蚀速率的评价指标
-第一章 概论--本章习题
-2.1 电化学腐蚀电池
--电化学腐蚀电池
-2.2 电极和电极电位
--电极和电极电位
-2.3 E-pH图及其应用
-第二章 电化学腐蚀热力学--本章习题
-3.1 电极的极化
--电极的极化
-3.2 单电极反应动力学
--单电极反应动力学
-3.3 混合电位理论
--混合电位理论
-3.4 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 一
-3.5析氢腐蚀与吸氧腐蚀 二
-第三章 电化学腐蚀动力学--本章习题
-4.1 钝化及电化学极化特征
-4.2 钝化的影响因素
--钝化的影响因素
-4.3 不锈钢钝化质量的检测
-4.4 金属动电位极化测量实验
-第四章 金属的钝化--本章习题
-5.1 电偶腐蚀
--电偶腐蚀
-5.2 点蚀
--点蚀
-5.3 缝隙腐蚀
--缝隙腐蚀
-5.4 晶间腐蚀与选择性腐蚀
-5.5 晶间腐蚀综合实验
--晶间腐蚀综合实验
-第五章 常见的金属局部腐蚀形态--本章习题
-6.1 应力腐蚀开裂
--应力腐蚀开裂
-6.2 氢致开裂
--氢致开裂
-6.3 腐蚀疲劳
--腐蚀疲劳
-6.4 磨损腐蚀
-- 磨损腐蚀
-本章习题--作业
-7.1 大气腐蚀
--大气腐蚀
-7.2 水环境腐蚀
--水环境腐蚀
-7.3 土壤环境腐蚀
--土壤环境腐蚀
-7.4 自然环境腐蚀检测方法与腐蚀失效工程案例
-本章习题--作业
-8.1 选材与结构设计
-8.2 电化学保护
--电化学保护
-8.3 缓蚀剂保护
--缓蚀剂保护
-8.4 金属涂镀层
--金属层防护层
--非金属防护层
-8.5 大型工程中的腐蚀防护应用案例
-第八章 金属腐蚀控制与防护--本章习题
-一、判断题
-二、填空题
-三、选择题
-四、综合应用题
-讨论二
