金屬電化學(xué)腐蝕傾向的判斷

　　文/林玉珍·北京化工大學(xué)

　　金屬電化學(xué)腐蝕過程是金屬和它周圍的電解質(zhì)環(huán)境所組成的體系，從一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)過渡到熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的過程，其結(jié)果是生成各種化合物，同時(shí)引起了金屬結(jié)構(gòu)的破壞。例如：把鐵片浸入鹽酸溶液中，立即可見有氫氣放出，同時(shí)鐵會(huì)以相同于氫放出的速度而溶解到溶液中，即鐵發(fā)生了腐蝕。又如把紫銅片放入不含溶解氧的鹽酸溶液中時(shí)，卻見不到有氫氣放出，銅片也不發(fā)生溶解而腐蝕溶液。但是鹽酸中一旦有氧溶解進(jìn)去后，就能見到紫銅片不斷遭受著腐蝕。此時(shí)仍然看不到有氫氣放出，如圖1所示。
 

　　這就要問，為什么不同金屬在同一種介質(zhì)中的腐蝕行為不一樣？又為什么同一金屬在不同的介質(zhì)中腐|蝕情況也不相同？那么造成金屬電化學(xué)腐蝕不同傾向的原因是什么？究竟應(yīng)如何判斷？這些對(duì)于討論腐蝕問題至關(guān)重要。為了搞清這些問題，首先必須了解電極、電極反應(yīng)、電極電位等基本概念，還要進(jìn)一步了解它們與金屬腐蝕傾向之間存在的關(guān)系。

電極與電極反應(yīng)

　　在腐蝕學(xué)科研究中，電極往往是指金屬（電子導(dǎo)體相）與電解質(zhì)溶液（離子導(dǎo)體相）這兩種不同類導(dǎo)體組成的體系，亦稱為電極系統(tǒng)，以“金屬/電解質(zhì)溶液”表示。它不只是指電子導(dǎo)體材料。如果在電極系統(tǒng)的兩相之間伴有電荷的轉(zhuǎn)移，則不可避免地同時(shí)會(huì)在兩相間的界面上發(fā)生物質(zhì)變化一一由一種物質(zhì)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)，即化學(xué)變化。

　　因此，在電極系統(tǒng)中，伴隨著兩個(gè)不同類導(dǎo)體之間的電荷轉(zhuǎn)移在兩相界面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，稱為電極反應(yīng)。例如：

　　鋅電極（Zn/ZnSO₄）：一個(gè)鋅棒浸在硫酸鋅溶液中組成的電極系統(tǒng)。此時(shí)，電子導(dǎo)體是金屬鋅，離子導(dǎo)體是ZnSO₄溶液。當(dāng)兩相之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，在兩相的界面上，即在與溶液接觸的Zn表面上同時(shí)會(huì)發(fā)生如下的物質(zhì)變化。

　　式中右下角括號(hào)中標(biāo)注的是該物質(zhì)所存在的相，e表示電子。由于金屬本身參加了反應(yīng)，故又稱金屬電極（圖2a）。

　　氫電極（Pt，H₂/HC1）：一塊鍍鉑黑的鉑片浸在H₂氣體下的HC1溶液中組成的電極系統(tǒng)。此時(shí)，電子導(dǎo)體相是Pt，而離子導(dǎo)體相是HC1水溶液。兩相界面上有電荷轉(zhuǎn)移時(shí)發(fā)生的電極反應(yīng)是：

　　由于反應(yīng)中有氣體成份，故該電極又可能為氣體電極（圖2b）。
 

　　在電極系統(tǒng)中，兩相之間電荷轉(zhuǎn)移后就產(chǎn)生了所謂的雙電層，雙電層的電位差就是金屬與電解質(zhì)溶液之間的電位差，稱為該電極的電極電位，用E表示之。

　　值得注意的是，這種單電極的電位，荷電的一方為金屬側(cè)，另一方為溶液側(cè)，故其絕對(duì)電極電位值是無法直接測(cè)得的。因此，實(shí)際測(cè)量某金屬的電極電位（如Zn電極）時(shí)，必須另找一個(gè)具有恒定電位值的單電極系統(tǒng)（如氫電極系統(tǒng)）作為基準(zhǔn)（參比電極）與之組成原電池（圖3），測(cè)出原電池的電動(dòng)勢(shì)從而獲得待測(cè)電極（Zn電極）相對(duì)于氫電極參比電極的電極電位。今后用E表示的均為相對(duì)電極電位。
 

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