Tại sao các vật dụng làm bằng sắt đều dễ bị ăn mòn theo cơ chế ăn mòn điện hóa và dễ bị gỉ khi tiếp xúc với chất điện li?

Kiến thức cần nắm vững:

I. Điều chế kim loại

1) Nguyên tắc: Khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại.

2) Các phương pháp: Nhiệt luyện, thủy luyện, điện phân:

a. Phương pháp nhiệt luyện

- Nguyên tắc: Khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như C, CO, H₂ hoặc các kim loại hoạt động (như Al).

- Phạm vi áp dụng: Sản xuất các kim loại có tính khử trung bình (Zn, Fe, Sn, Pb,…) trong công nghiệp.

b. Phương pháp thuỷ luyện

- Nguyên tắc: Dùng những dung dịch thích hợp như: H₂SO₄, NaOH, NaCN,… để hoà tan kim loại hoặc các hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có ở trong  quặng. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng những kim loại có tính khử mạnh hơn như Fe, Zn,…

- Phạm vi áp dụng: Thường sử dụng để điều chế các kim loại có tính khử yếu.

c. Phương pháp điện phân 

- Điện phân hợp chất nóng chảy 

+ Nguyên tắc: Khử các ion kim loại bằng dòng điện bằng cách điện phân nóng chảy hợp chất của kim loại.

+ Phạm vi áp dụng: Điều chế các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al…

- Điện phân dung dịch 

+ Nguyên tắc: Khử các ion kim loại bằng dòng điện bằng cách điện phân dung dịch muối của kim loại.

+ Phạm vi áp dụng: Điều chế các kim loại có độ hoạt động hoá học trung bình hoặc yếu như Zn, Cu …

d) Tính lượng chất thu được ở các điện cực

 Dựa vào công thức Farađây, có thể tính được khối lượng các chất thu được ở điện cực:

$m=\frac{AIt}{nF}$ trong đó:

m: Khối lượng chất thu được ở điện cực (gam).

A: Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực.

n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận.

I: Cường độ dòng điện (ampe)

t: Thời gian điện phân (giây)

F: Hằng số Farađây (F = 96500).

II. Sự ăn mòn kim loại

1. Khái niệm

- Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của môi trường xung quanh. Đó là một quá trình hóa học hoặc quá trình điện hóa trong đó kim loại bị oxi hóa thành ion dương:

M → Mⁿ⁺  + ne

2. Các dạng ăn mòn kim loại

a. Ăn mòn hóa học

Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường.

b. Ăn mòn điện hóa học

- Ăn mòn điện hóa học là quá trình oxi hóa -khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương.

- Điều kiện xảy ra sự ăn mòn điện hóa học:

+ Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là 2 cặp kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại với phi kim….

+ Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn.

+ Các điện cực phải cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

⇒ Thiếu một trong 3 điều kiện trên sẽ không xảy ra ăn mòn điện hóa học.

c. Chống ăn mòn kim loại

Sự ăn mòn kim loại gây tổn thất to lớn cho nền kinh tế quốc dân. Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn có thể sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp bảo vệ bề mặt

Dùng những chất bền vững với môi trường để phủ ngoài mặt những đồ vật bằng kim loại như bôi dầu, mỡ, sơn, mạ, tráng men…

Sơn chống gỉ

- Phương pháp điện hóa

Nối kim loại cần bảo vệ với một kim loại hoạt động hơn để tạo thành pin điện hóa và kim loại hoạt động hơn bị ăn mòn, kim loại kia được bảo vệ.