析氢腐蚀过程中一定伴随吸氧腐蚀

发表于《高中数理化》，也是即将由山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界》的一篇。

1. 钢铁表面的电解质溶液呈碱性时，会不会发生吸氧腐蚀？

会。钢铁只要暴露在空气中且表面附有水膜，则一定会发生吸氧腐蚀。之所以出现这样的问题，跟教科书里关于电化学腐蚀类型的分析、描述不全面有关。

我们知道，钢铁不管吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，负极的电极方程式都是Fe – 2e^- = Fe²⁺，当电解质溶液中H⁺浓度很大时，正极反应以H⁺得电子为主：2H⁺ + 2e^- = H₂↑，而H⁺ 浓度较小（溶液酸性不强）时，则以溶解氧得电子还原为主：O₂ + 4e^- + 2H₂O = 4OH^-。一般情况下，O₂在水中的溶解度不会受电解质酸碱性影响很大，故碱性溶液里依然存在溶解氧，照样发生吸氧腐蚀。

试想，如果碱性条件下钢铁不会发生电化学腐蚀的话，海洋中航行的轮船就不需要进行防护了，因为海水大都呈弱碱性。而事实不然。

2. 吸氧腐蚀会不会伴随析氢腐蚀而发生？

当然会。

析氢腐蚀跟吸氧腐蚀之间并不相互矛盾，只是不同条件下以哪一种方式为主的问题。

可以说，只要钢铁暴露在空气中，且表面附有电解质溶液，就一定存在吸氧腐蚀。至于析氢腐蚀是否发生，则决定于电解质的pH，只有当pH很小（电解质酸性很强）的条件下，才会以析氢腐蚀为主，并不排除伴随着的吸氧腐蚀。

3. 浸泡在食盐水中的铁钉，哪个部位腐蚀最快？哪个部位最先产生铁锈？

如下图所示：

将铁钉浸泡在食盐水中，凡是跟水接触的部位的Fe均会发生离子化：Fe – 2e^- = Fe²⁺，电子则沿着钢铁传导、分布到铁钉内部各部位。由于靠近液面的地方O₂容易得到补充，主要发生吸氧过程：O₂ + 4e^- + 2H₂O = 4OH^-，这样铁钉内部的电子就源源不断向此部位集中，靠近液面处OH^- 浓度较大，跟Fe²⁺结合形成Fe(OH)₂：Fe²⁺+ 2OH^- = Fe(OH)₂，接着发生如下氧化过程：4Fe(OH)₂ + 4e^-+ 2H₂O = 4Fe(OH)₃。

所以，铁锈主要集中在液面下靠近液面部位，而腐蚀变细的部位则包括整个水下部分。

4. 牺牲阳极的阴极保护法中，用于保护船体的锌块可不可以放置在舱内？

这可真是异想天开！运用“牺牲阳极的阴极保护法”，却梦想不牺牲阳极（将其放置在船舱内，不跟电解质接触，不被腐蚀、而永久起作用）。

要回答此问题，我们得先弄清楚牺牲阳极的阴极保护法的原理：

所谓牺牲阳极，就是一种比铁活泼的金属，一般选用锌或镁，将其跟需要保护的钢铁制品组成电池（一般并非像教科书里画得那样通过导线连接，而是直接焊接在钢铁制品的表面，缩短二者之间的距离，减小电阻），当整个体系跟电解质接触时，该阳极材料因为比铁容易失去电子，它率先离子化（“牺牲”自己），把电子传导到钢铁的表面，使钢铁表面负电荷密度增大，Fe²⁺不易脱离钢铁表面，于是就抑制了钢铁的腐蚀。

如果你把这选定的阳极材料搁置在船舱内，让它不跟电解质接触，它如何离子化？电子如何传递到钢铁制品表面？如何达到保护钢铁材料的目的呢？

5. 外接电源的阴极保护法中，通入的电流多大合适？

根据上述问题4的分析，在外接电源的阴极保护法中，外接电源的电压高低，显然以控制被保护的金属不发生离子化为准最为合适。

因为外接电源跟惰性辅助阳极、被保护金属部件、电解质构成闭合回路，所以理论上，不应该让回路中有明显的电流。至于实际操作中具体控制在多大范围，需要依据理论计算结果并结合多年的经验积累做出判断。