輪船是我們水路出行時(shí)最重要的交通工具,有的同學(xué)在乘坐輪船出行時(shí)也許會發(fā)現(xiàn),在輪船的吃水部位有很多鋅塊,這是用來千什么的呢?難道這里面也包含著深奧的化學(xué)知識嗎?
原來,海水中含雜質(zhì)較多,且不活潑,輪船在海水中航行,海水會與輪船形成原電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕。
電化學(xué)腐蝕是指金屬材料與電解質(zhì)溶液接觸,通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。電化學(xué)腐蝕反應(yīng)是一種氧化還原反應(yīng)。在反應(yīng)中,金屬失去電子而被氧化,其反應(yīng)過程稱為陽極反應(yīng)過程,反應(yīng)產(chǎn)物是進(jìn)入介質(zhì)中的金屬離子或覆蓋在金屬表面上的金屬氧化物(或金屬難溶鹽);介質(zhì)中的物質(zhì)從金屬表面獲得電子而被還原,其反應(yīng)過程稱為陰極反應(yīng)過程。在陰極反應(yīng)過程中,獲得電子而被還原的物質(zhì)習(xí)慣上稱為去極化劑。
運(yùn)用原電池的電化學(xué)原理,消除引起金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原電池反應(yīng),使金屬得到防護(hù),這種金屬防護(hù)法叫做電化學(xué)防護(hù)。
電化學(xué)防護(hù)分陽極防護(hù)和陰極防護(hù)兩大類。陽極防護(hù)是把被保護(hù)的金屬作陽極,在一定外加電壓范圍內(nèi)進(jìn)行陽極鈍化,使它的表面由化學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)為鈍化狀態(tài),從而阻滯金屬在某些酸、堿或鹽中被腐蝕。陰極防護(hù)是把被保護(hù)的金屬作為陰極,方法有以下兩種:
(1)外加電流的陰極防護(hù)法。用一個(gè)不溶性電極作輔助陽極,跟陰極一道放到電解質(zhì)溶液里。當(dāng)接通外加直流電源后,大量電子強(qiáng)制流向被保護(hù)的金屬陰極(例如鋼鐵設(shè)備),并在陰極積累起來。這樣就避免或抑制鋼鐵發(fā)生失去電子的氧化作用,從而被保護(hù)。
(2)犧牲陽極的陰極保護(hù)法。用比鐵還原性更強(qiáng)的金屬(如鋅)或合金跟鋼鐵制品連接。當(dāng)發(fā)生電化腐蝕時(shí),這種活潑金屬就作為微電池的負(fù)極而被腐蝕,鋼鐵設(shè)備得到保護(hù)。
在輪船尾部和船殼吃水線下部裝上一定數(shù)量鋅塊,就屬于這種保護(hù)法。
大海蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)資源。嘗過海水的人都知道,海水又咸又苦。這是什么原因呢?原來海水里溶解了大量的氣體物質(zhì)和各種鹽類。如果我們分別盛一盆自來水和一盆海水,放在太陽下把它們曬干,就會發(fā)現(xiàn),自來水干了?沒剩下什么東西,海水曬干了,盆底上卻留下一層白花花的鹽。當(dāng)然海鹽并不是指我們每天食用的鹽,它含有許多化學(xué)物質(zhì)。食鹽又稱氯化鈉,是海水里的主要成分。另外還有一種非??嗟奈镔|(zhì),叫做氯化鎂。海水里因?yàn)橛辛寺然c和氯化鎂這兩種基本的化合物,就變得又咸又苦。除此之外,海水里還含有很多其他物質(zhì)。
現(xiàn)在,人們在陸地上發(fā)現(xiàn)了100多種化學(xué)元素,其中有相當(dāng)數(shù)量的已在海水中找到??茖W(xué)家們預(yù)言,海洋面積比陸地面積大得多,海洋中蘊(yùn)藏的化學(xué)物質(zhì)一定比陸地還要多。
科學(xué)家們計(jì)算,在1立方千米的海水中,有2700多萬噸氯化鈉,320萬噸氯化鎂,20萬噸碳酸鎂,120萬噸硫酸鎂。如果把海水中的所有鹽分全部提取出來,平鋪在陸地上,那么陸地的高度可以增加150米。假如海水全部被蒸干了,那么在海底將會堆積60米厚的鹽層,鹽的體積有2200多萬立方千米,用它把北冰洋填成平地還綽綽有余。
海水中有的元素盡管含量很微小、但是由于海水量很大,所以總的儲量卻相當(dāng)可觀。比如海水中含有的黃金,每升水中僅含有0.000004毫升,但是,海水中金的總儲量卻有600萬噸。如果把海水中的金全部提取出來,那么黃金就和現(xiàn)在的鋁一樣,變得非常平凡了。與海水中的元素儲量相比,人類從海水中提取的金屬量是很少很少的。就拿現(xiàn)在世界上從海水中提取量最大的金屬鎂來說,每年的產(chǎn)量還不到1立方千米的海水中儲量的1/10。鈉、鈣、鉀的產(chǎn)量只不過是海水總儲量的三億分之一。