什麼是局部電池
在1種金屬的表面上,因夾雜物、應變、氧濃度差等形成陽極與陰極部分,作為電池而使腐蝕進行者。
日文名稱: 局部電池
「局部電池」出現在1領域的1道練習題中(腐蝕與表面處理等)。
這個名詞所屬的領域: 腐蝕與表面處理
在1種金屬的表面上,因夾雜物、應變、氧濃度差等形成陽極與陰極部分,作為電池而使腐蝕進行者。
日文名稱: 局部電池
「局部電池」出現在1領域的1道練習題中(腐蝕與表面處理等)。
這個名詞所屬的領域: 腐蝕與表面處理
金屬的表面並不完全均勻。夾雜物、晶界、因加工而應變的部分、表面膜的傷痕等,使電位稍有不同,電位低的部分成為陽極,高的部分成為陰極。金屬本身扮演導線、周圍的水扮演電解質的角色,因此表面形成許多小電池,在陽極金屬溶解,在陰極發生氧的還原或氫的生成。若陽極與陰極的位置隨時間互換,表面會整體均勻地減薄;若位置固定,就會被局部地深挖。
局部電池不只來自金屬的不均勻,也來自環境的不均勻。代表的是由溶氧濃度差造成的氧濃差電池,氧少的部分成為陽極,氧多的部分成為陰極。在鐵板上滴1滴食鹽水時,容易接觸空氣的液滴邊緣成為陰極,氧不易到達的中央成為陽極,因此中央被腐蝕(Evans的水滴實驗)。間隙深處、附著物下方、地下管線中土壤性質改變的部分等氧不易到達的地方會選擇性地腐蝕,就是這個機制。
局部電池作用時,金屬的電位會穩定在陽極溶解電流與陰極還原電流相等的值。這稱為腐蝕電位(混合電位),此時的電流就是腐蝕電流。腐蝕的快慢強烈受陰極反應速率左右,例如放入稀酸中時,高純度的鋅只會緩慢溶解,含銅等雜質的鋅卻會劇烈溶解。這是因為在雜質上容易產生氫,那裡成為作用良好的陰極。在中性的水中,溶氧的供給決定速率,因此除去氧時腐蝕幾乎停止。
異種金屬接觸時的電偶腐蝕,是陽極與陰極為不同金屬、形成肉眼可見大小之電池的情形。局部電池則是指在1種金屬上分布著小到看不見的陽極與陰極,原理同樣是電化學電池。不鏽鋼中的硫化錳(MnS)夾雜物、敏化的晶界、焊接部與母材組織的差異等,也會形成局部電池。在防蝕上,會採取使表面均勻、以皮膜或塗裝隔絕電解質、除去溶氧等對策。
正確答案:B. O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
即使在1種金屬的表面上,也會因夾雜物、晶界、應變或環境的不均勻而形成電位低與電位高的部分,金屬本身扮演導線的角色,形成許多小電池。這就是局部電池。在電位低的陽極,鐵溶解而發生 Fe → Fe²⁺ + 2e⁻(選項中的這個式子是陽極反應);在接受這些電子的陰極,在中性水中主要發生溶氧的還原 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻。生成的Fe²⁺與OH⁻反應,再進一步被氧化成紅鏽(FeOOH等)。氫氣的生成 2H⁺ + 2e⁻ → H₂ 是在H⁺多的酸性溶液中為主的反應,在中性中H⁺只有約10⁻⁷ mol/L而很少,因此不是主角。
因為即使純度高,晶界、晶體方位的差異、應變、表面的傷痕等也會使電位稍有不同。此外,氧濃度差等環境方面的不均勻也會形成電池。
方法有以塗裝或電鍍隔絕金屬與電解質、除去溶氧、添加腐蝕抑制劑,以及以陰極防蝕使整個金屬成為陰極等。
局部電池是陽極與陰極微小且相鄰的情形,巨電池則像混凝土中的鋼筋或長管線那樣,由相隔遙遠的地方形成大電池。巨電池中腐蝕容易集中在特定的地方。