铜的吸氧腐蚀与铁锈生成原理探析
铜在特定条件下确实可以发生吸氧腐蚀。吸氧腐蚀的本质是金属在潮湿环境中,作为阳极失去电子被氧化,而溶解在电解质(如水膜)中的氧气作为阴极得到电子被还原的过程。铜的标准电极电位较高,化学性质不如铁活泼,因此在普通中性或弱酸性水溶液中,其腐蚀速率较慢。然而,在含有溶解氧的潮湿空气、海水或酸性环境中,铜表面会形成一层薄薄的水膜电解质,从而构成微电池,发生以氧气还原为阴极反应的腐蚀过程,即吸氧腐蚀。其阳极反应为:Cu → Cu²⁺ + 2e⁻;阴极反应为:O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻。
铜锈与铁锈:生成原因的同与异
铜锈(主要成分为碱式碳酸铜,即铜绿)与铁锈(主要成分为水合氧化铁)的生成原因既有相似之处,也存在根本差异。相似点在于:两者都是金属在自然环境(特别是潮湿和含氧条件下)发生电化学腐蚀的产物,且氧气和水都是不可或缺的关键因素。
然而,两者的生成机理和产物性质大不相同。铁锈的生成主要是铁发生吸氧腐蚀,其最终产物Fe₂O₃·xH₂O结构疏松、多孔,不能阻止内部的铁继续与氧气和水接触,因此腐蚀会持续进行,具有“持续性”和“破坏性”。而铜锈的生成则更为复杂,除了氧气和水,还必须依赖空气中的二氧化碳(或酸性氧化物)。铜先生成氧化亚铜,进而与CO₂、H₂O反应生成致密、坚固的碱式碳酸铜保护膜。这层膜能紧密附着在铜表面,有效阻隔内部金属与腐蚀介质的接触,从而极大地减缓甚至阻止腐蚀的进一步进行,具有“自保护性”。因此,从腐蚀产物的保护性来看,两者的生成原因和最终影响存在本质区别。
