決定酸腐蝕性的另一個(gè)因素是酸自由基陰離子的氧化還原性質(zhì)。與金屬相互作用時(shí),硝酸為氧化酸,鹽酸為非氧化酸。金屬在其中的腐蝕過程是不同的。在非氧化酸中,金屬腐蝕的陰極過程是氫去極化。在氧化酸中,金屬腐蝕的陰極過程是氧化劑的還原過程。然而,這種劃分是不確定的。硝酸是一種氧化性酸。當(dāng)它的濃度很低時(shí),它就像一種非氧化酸,作用于鐵等金屬。硫酸常被認(rèn)為是一種非氧化酸,但當(dāng)它的濃度很高時(shí),它會(huì)像氧化酸一樣與鐵發(fā)生反應(yīng)。
,鐵在酸中腐蝕的基本規(guī)律是:在非氧化酸中,腐蝕速率與H3O +濃度成正比。氧氣和其他氧化劑的存在會(huì)顯著增加腐蝕速率。H3O +濃度越低,這種現(xiàn)象越明顯。如果形成不溶性化合物并起到保護(hù)作用,腐蝕速率降低,如Fe3 (PO4) 2。
,鐵在氧化酸中的腐蝕特性是:腐蝕速率與酸濃度之間的關(guān)系是復(fù)雜的。在稀酸中,鐵以H +還原的陰極退極化過程溶解。而析出的氫進(jìn)一步被氧化,鐵的溶解速率急劇增加。當(dāng)酸濃度增加到一定值時(shí),酸的氧化作用變得非常強(qiáng),使鐵鈍化,降低腐蝕速率。當(dāng)溫度升高、H3O +濃度增加或有氯離子存在時(shí),不易發(fā)生鈍化。在強(qiáng)氧化劑硝酸中,鐵只有在濃度超過35%時(shí)才會(huì)發(fā)生鈍化。在弱酸性氧化劑鉻酸中,當(dāng)酸濃度小于0.00lmol/l時(shí),鐵已進(jìn)入鈍化狀態(tài)。
當(dāng)金屬與周圍介質(zhì)接觸時(shí),化學(xué)和電化學(xué)作用造成的損傷稱為金屬腐蝕。從熱力學(xué)的角度來看,除少數(shù)貴金屬(如Au和PT)外,所有金屬都有轉(zhuǎn)變成離子的傾向,即金屬腐蝕是一種自發(fā)的、普遍的現(xiàn)象。金屬被腐蝕后,會(huì)發(fā)生形狀、顏色和機(jī)械性能的變化,造成設(shè)備損壞、管道泄漏、產(chǎn)品污染、燃燒或爆炸等惡性事故,以及嚴(yán)重浪費(fèi)資源和能源,給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。據(jù)估計(jì),世界發(fā)達(dá)國家每年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國民生產(chǎn)總值的3.5% ~ 4.2%,超過了每年重大災(zāi)害(火災(zāi)、風(fēng)、地震等)的總損失。有人甚至估計(jì),世界上每年大約有1億噸金屬被腐蝕、報(bào)廢和丟失!因此,研究腐蝕機(jī)理,采取防護(hù)措施對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。
金屬腐蝕按其位置可分為整體金屬腐蝕和局部金屬腐蝕。金屬腐蝕還可以根據(jù)腐蝕環(huán)境進(jìn)行分類,即可分為化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣介質(zhì)腐蝕、海水介質(zhì)腐蝕和土壤腐蝕。根據(jù)腐蝕過程的特點(diǎn),還可以分為三類:化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕。雖然上述腐蝕分類方法不夠嚴(yán)格,但這些分類方法可以幫助我們從腐蝕介質(zhì)或腐蝕過程的特點(diǎn)來了解腐蝕規(guī)律。
金屬的化學(xué)腐蝕反應(yīng)可分為兩個(gè)步驟。第一步是氧化步驟,第二步是脫電子步驟。氧化過程釋放自由電子,而脫電子過程是除去自由電子的過程。
陽離子可以進(jìn)入溶液或與其他陰離子結(jié)合形成化合物。氧化過程必須與脫電子過程同時(shí)配合才能完成整個(gè)反應(yīng)。
因此,只有通過電子去除步驟去除氧化步驟產(chǎn)生的自由電子,金屬原子才能不斷被腐蝕。實(shí)際的腐蝕過程是一個(gè)非常緩慢而相對(duì)均勻地在表面上失去金屬原子的過程。在某些條件下,如果在一個(gè)區(qū)域形成陽極或陰極區(qū)域,可能會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕不均勻,并形成可見的腐蝕坑。
鋼鐵不會(huì)很快被腐蝕,因?yàn)樗谋砻嬖谒袝?huì)形成一層氧化保護(hù)層。由于鐵容易被氧化形成氧化鐵,所以不溶于水,容易沉積在金屬表面,從而阻礙了進(jìn)一步的腐蝕。這種現(xiàn)象稱為腐蝕鈍化。鋯、鉻、鋁、不銹鋼等金屬在常溫的水或空氣中會(huì)形成很薄的保護(hù)層,有時(shí)甚至薄得肉眼無法分辨。由于這種薄保護(hù)層,這些金屬在水或空氣中具有良好的耐腐蝕性。