化學模擬實驗室：學習金屬的腐蝕現象

在日常生活中，我們經常見到鋼鐵製品生鏽，銅製品長出銅綠，這就是金屬腐蝕的現象，金屬腐蝕的現象普遍存在，今天我們就藉助矩道化學模擬實驗室平臺一起學習金屬的腐蝕現象。

金屬腐蝕具有極大的危害性

腐蝕無處不在，是世界各國共同面臨的問題，被人們稱為金屬的癌症、無焰的火災、隱蔽的殺手。金屬被腐蝕後，在外形、色澤及機械效能等方面就會發生變化，從而使機器裝置、儀器、儀表的精度和靈敏度降低，直至報廢。世界上每年生產的鋼鐵中有10%報廢，造成巨大的經濟損失。我國工程院院士柯偉經過調查研究發現：我國每年因為腐蝕所造成的經濟損失，佔國民生產總值的5%左右，以2008年為例，腐蝕所造成的經濟損失約是1。6萬億元人民幣。

另外，金屬腐蝕還會使橋樑、建築物的金屬構架強度降低而造成坍塌，會使金屬管道發生洩漏、輪船船體損壞等進而造成安全事故或環境汙染問題。

什麼是金屬腐蝕？

腐蝕指物質與環境相互作用而失去它原有性質的一種變化，金屬的腐蝕就是金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象。

金屬腐蝕的型別

根據腐蝕過程有無電流產生，可將腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕。金屬與其表面接觸的一些物質直接發生反應而引起的腐蝕叫做化學腐蝕，如鋁在空氣中被氧氣氧化為氧化鋁；不純的金屬與電解質溶液接觸時發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。兩種腐蝕的本質都是金屬失去電子被氧化，區別在於電化學腐蝕中金屬不是直接將電子給到氧化劑，而是金屬在一端失去電子，電子經過一段導體到達氧化劑一方發生反應，這個過程中電子的定向移動便形成了電流。

鋼鐵鏽蝕的反應原理

鋼鐵製品在潮溼的空氣中的鏽蝕是電化學腐蝕的典型例子。根據鐵製品所處的環境不同，分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。

析氫腐蝕：

在酸性環境中，由於腐蝕的過程中不斷有氫氣放出，所以叫做析氫腐蝕。鐵失電子變為亞鐵離子進入電解質溶液，電子經過一段導體到達碳等不活潑電極，溶液中的氫離子結合電子生成氫氣。我們可以藉助虛擬模擬電化學裝置來觀察電子的得失及流動過程。

吸氧腐蝕：

如果鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧氣，此時就會發生吸氧腐蝕，生活中的鋼鐵腐蝕主要是發生的吸氧腐蝕。鐵失電子變為亞鐵離子進入電解質溶液，電子經過一段導體到達碳等不活潑電極，氧氣和水在此結合電子發生反應生成氫氧根離子，氫氧根離子進入溶液與亞鐵離子結合生成氫氧化亞鐵，並被氧氣進一步氧化為氫氧化鐵。同樣，我們可以藉助化學模擬實驗裝置來觀察電子的得失及流動過程。

最後，氫氧化鐵失去部分水生成FeOxHO，它是鐵鏽的主要成分。