Trả lời nhanh
Đáp án đúng là kim loại kẽm (Zn). Kẽm có tính khử mạnh hơn sắt nên khi gắn vào vỏ tàu thép đặt trong nước biển, kẽm trở thành cực âm (anot) và bị ăn mòn thay cho sắt. Vỏ tàu là cực dương nên được bảo vệ. Cách làm này gọi là bảo vệ bằng kim loại hi sinh.
Vì sao phải chọn kim loại mạnh hơn sắt?
Thép là hợp kim của sắt với cacbon. Khi ngâm trong nước biển (dung dịch chất điện li), thép bị ăn mòn điện hoá: sắt đóng vai trò cực âm, cacbon đóng vai trò cực dương.
Nếu ta gắn vào thép một kim loại có tính khử mạnh hơn sắt, cặp điện cực mới được tạo ra sẽ có kim loại đó làm cực âm. Khi đó nó bị oxi hoá trước, còn sắt được giữ nguyên.
Quy tắc cần nhớ: trong cặp pin điện hoá, kim loại hoạt động mạnh hơn bị ăn mòn, kim loại yếu hơn được bảo vệ.
So sánh các kim loại thường gặp với sắt
| Kim loại | Thế điện cực chuẩn E° (V) | So với Fe (−0,44 V) | Dùng gắn vỏ tàu? |
|---|---|---|---|
| Zn | −0,76 | Khử mạnh hơn Fe | Được – Zn bị ăn mòn thay Fe |
| Sn | −0,14 | Khử yếu hơn Fe | Không – Fe bị ăn mòn nhanh hơn |
| Pb | −0,13 | Khử yếu hơn Fe | Không – Fe bị ăn mòn nhanh hơn |
| Cu | +0,34 | Khử yếu hơn Fe | Không – Fe bị ăn mòn nhanh hơn |
Vì vậy, trong các kim loại hay xuất hiện ở dạng bài này (Cu, Sn, Pb, Zn), chỉ có Zn thoả mãn điều kiện “mạnh hơn Fe”. Cu, Sn, Pb đều yếu hơn Fe, gắn vào chỉ làm thép bị phá hỏng nhanh hơn.
Quá trình xảy ra trên vỏ tàu
- Cực âm (tấm Zn): Zn → Zn2+ + 2e
- Cực dương (vỏ thép): O2 + 2H2O + 4e → 4OH− (nước biển có oxi hoà tan, môi trường gần trung tính)
Electron đi từ tấm kẽm sang thép nên sắt không bị mất electron, tức là không bị oxi hoá thành Fe2+. Tấm kẽm mòn dần nên cần thay định kỳ khi tàu vào ụ sửa chữa.
Lỗi sai thường gặp
- Chọn kim loại “bền” như Cu hoặc Pb vì nghĩ chúng không bị gỉ. Thực ra cần chọn kim loại hoạt động hơn, không phải kim loại bền hơn.
- Nhầm với phương pháp phủ bề mặt. Sắt tráng thiếc (sắt tây) chỉ bảo vệ khi lớp thiếc còn nguyên. Khi bị xước, Fe là cực âm nên gỉ nhanh. Sắt tráng kẽm (tôn) khi xước thì Zn vẫn bị ăn mòn trước, Fe vẫn được bảo vệ.
- Quên điều kiện có chất điện li. Không có nước biển hay dung dịch điện li thì không hình thành pin điện hoá.
Mẹo nhớ nhanh
Hãy nhớ câu: “Muốn cứu sắt, phải gắn kẻ mạnh hơn sắt để chịu hi sinh”. Dãy hoạt động hoá học: K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Au. Chỉ những kim loại đứng trước Fe (như Zn, Mg, Al) mới dùng được.
Trên thực tế, ngoài Zn người ta còn dùng hợp kim của kẽm, nhôm hoặc magie làm anot hi sinh cho tàu biển, đường ống và bồn chứa.
Bài luyện tập
- Đường ống dẫn dầu bằng thép chôn dưới đất ẩm. Nối ống với thanh Mg có được không? Vì sao?
Đáp án: Được. Mg (E° = −2,37 V) khử mạnh hơn Fe nên Mg bị ăn mòn thay, ống thép được bảo vệ. - Một vật bằng sắt tráng thiếc và một vật bằng sắt tráng kẽm cùng bị xước sâu tới lớp sắt, để ngoài không khí ẩm. Kim loại nào bị ăn mòn ở mỗi vật?
Đáp án: Vật tráng thiếc thì Fe bị ăn mòn (Fe mạnh hơn Sn). Vật tráng kẽm thì Zn bị ăn mòn (Zn mạnh hơn Fe). - (Ví dụ tự đặt) Một tấm kẽm 65 kg gắn trên vỏ tàu bị ăn mòn hết. Tính số mol electron kẽm đã nhường, biết MZn = 65 g/mol.
Đáp án: n(Zn) = 65 000 : 65 = 1000 mol. Mỗi nguyên tử Zn nhường 2e nên số mol electron = 2000 mol.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao gắn kẽm vào vỏ tàu thép lại bảo vệ được tàu?
Vì kẽm có tính khử mạnh hơn sắt. Trong nước biển, kẽm là cực âm của pin điện hoá và bị oxi hoá thay cho sắt, còn vỏ thép là cực dương nên không bị ăn mòn.
Gắn đồng (Cu) hoặc thiếc (Sn) vào vỏ tàu thép có được không?
Không. Cu và Sn có tính khử yếu hơn Fe nên Fe trở thành cực âm và bị ăn mòn nhanh hơn khi tiếp xúc với chúng trong nước biển.
Phương pháp này gọi là gì?
Đó là phương pháp bảo vệ điện hoá, còn gọi là dùng anot hi sinh hoặc bảo vệ bằng kim loại hi sinh.
Ngoài kẽm còn kim loại nào dùng được?
Các kim loại hoạt động hơn sắt như magie, nhôm hoặc hợp kim của chúng cũng được dùng làm anot hi sinh cho tàu thuyền, đường ống và bồn chứa.