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析氫腐蝕

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在酸性較強的溶液中金屬發生電化學腐蝕時放出氫氣，這種腐蝕叫做析氫腐蝕。 在鋼鐵製品中一般都含有碳。在潮濕空氣中，鋼鐵表面會吸附水汽而形成一層薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳後就變成一種電解質溶液，使水裏的氫離子增多。這就構成無數個以鐵為負極、碳為正極、酸性水膜為電解質溶液的微小原電池。在高中化學中屬於電化學腐蝕 [1]  。
中文名
析氫腐蝕
影響條件
a值、b值
控制類型
陰極極化控制、陽極極化控制
影響因素
pH值、陰極區面積等

目錄

  1. 1 基本知識
  2. 2 影響條件
  3. ▪ a值
  4. ▪ b值
  5. 3 腐蝕特點
  1. 4 控制類型
  2. ▪ 陰極極化控制
  3. ▪ 陽極極化控制
  4. ▪ 混合控制
  5. 5 影響因素
  1. ▪ 溶液方面
  2. ▪ 金屬方面
  3. 6 腐蝕條件

析氫腐蝕基本知識

發生析氫腐蝕的體系標準電位很負的活潑金屬大多數工程上使用的金屬，如Fe正電性金屬一般不會發生析氫腐蝕。但是當溶液中含有絡合劑時，正電性金屬（如Cu，Ag）也可能發生析氫腐蝕。
⑴pH < 3時，陰極反應受活化極化控制。
⑵在弱氧化性和非氧化性酸溶液中，在反應速度不是很大時，陽極反應亦受活化極化控制。
⑶Fe在酸溶液中的腐蝕形態，一般是均勻腐蝕。所以，Fe在酸溶液中的腐蝕可以當作均相腐蝕電極處理，作為活化極化控制腐蝕體系的典型例子。
負極（鐵）：鐵被氧化Fe-2e-=Fe2+ ；
正極（碳）：溶液中的H 被還原2H++2e-=H2↑ [1] 

析氫腐蝕影響條件

析氫腐蝕a值

a是單位時的過電位值。文獻中常稱為氫過電位。金屬電極材料的種類對析氫反應的a值有重大影響。
按|a|的大小可劃分：
高氫過電位金屬（如Hg，Pb，Zn，Cd） 中氫過電位金屬（如Cu，Fe，Ni） 低氫過電位金屬可知，a值反映了交換電流密度i0大小。（隨着i0增大，|a|減小）

析氫腐蝕b值

b稱為Tafel斜率，與金屬材料和溶液關係很小，
故各種金屬表面上析氫反應的b值相差不大。

析氫腐蝕腐蝕特點

⑴可以按照均相腐蝕電極處理，歐姆電阻可以忽略，只需要比較陰極反應和陽極反應的阻力。
⑵屬於活化極化腐蝕體系，陽極反應都受活化極化控 制。因此，比較電極反應的阻力，只需比較交換電流密度就行了。

析氫腐蝕控制類型

析氫腐蝕陰極極化控制

如Zn在稀酸溶液中的腐蝕。因為Zn是高氫過電位金屬，故為陰極極化控制。
其特點是腐蝕電位與陽極反應平衡電位靠近。對這種類型的腐蝕體系，在陰極區析氫反應交換電流密度的大小將對腐蝕速度產生很大影響。

析氫腐蝕陽極極化控制

只有當金屬在酸溶液中能部分鈍化，造成陽極反應阻力大大增加，才能形成這種控制類型。
有利於陽極鈍化的因素使腐蝕速度減小。

析氫腐蝕混合控制

陰陽極極化程度差不多，稱為混合控制。
其特點是：腐蝕電位離陽極反應和陰極反應平衡電位都足夠遠
對於混合控制的腐蝕體系，減小陰極極化或減小陽極極化都會使腐蝕電流密度增大。

析氫腐蝕影響因素

析氫腐蝕溶液方面

⑴pH值
溶液pH值對析氫腐蝕速度影響很大，隨pH值下降，腐蝕速度迅速增大。
一方面，pH值下降，Eec正移，腐蝕傾向增大；另方面，pH值下降，ic0增大，陰極極化性能減小。
⑵溶液中的其他組分
⑶温度 温度升高，腐蝕速度迅速增大。

析氫腐蝕金屬方面

⑴金屬材料種類和雜質
金屬材料種類和所含雜質的影響既涉及陰極反應又涉及陽極反應。混合控制腐蝕體系比陰極極化控制腐蝕體系明顯。
⑵陰極區面積
⑶金屬表面的狀態 [1] 

析氫腐蝕腐蝕條件

氫電極在一定的酸濃度和氫氣壓力下，可建立如下平衡：2H+ +2e=H2 這個氫電極的電位叫氫的平衡電位，它與氫離子濃度和氫分壓有關。
如果在腐蝕電池中，陽極的電位比氫的平衡電位正，陰極平衡電位當然比氫的平衡電位更正，所以，腐蝕電位比氫的平衡電位正，不能發生析氫腐蝕。
如果陽極電位比氫的平衡電位負時，則腐蝕電位才有可能比氫的平衡電位負，才有可能實現氫去極化和析氫腐蝕。總之，氫的平衡電位成為能否發生析氫腐蝕的重要基準，而EeH=-0.059PH，酸性越強，PH值越小，氫的平衡電位越正和陽極電位越負，對於氫去極化可能性的增加具有等效作用。
因此，許多金屬之所以在中性溶液中不發生析氫腐蝕，就是因為溶液中氫離子濃度太低，氫的平衡電位較低，陽極電位高於氫的平衡電位。但是當選取電位更負的金屬（鎂及合金）作陽極時，因為他們的電位比氫的平衡電位負，有發生析氫腐蝕，甚至在鹼性溶液中也發生極化腐蝕 [2]  。
參考資料
  • 1.    陳穎敏主編,電廠設備的腐蝕與控制,中國電力出版社,2014.02,
  • 2.    劉道新主編. 材料的腐蝕與防護[M]. 西安：西北工業大學出版社, 2006.01.