Задание № 19 · ОГЭ

Коррозия металлов

Электрохимический механизм, виды и способы предотвращения разрушения металлов

6 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. В основе процесса лежат окислительно-восстановительные превращения: атомы металла отдают электроны, а частицы окружающей среды принимают их.

Что такое коррозия

Коррозия возникает потому, что многие металлы в природе находятся не в свободном состоянии, а в составе руд — оксидов, сульфидов, карбонатов. Получение металла из руды требует затраты энергии, поэтому металл стремится вернуться в более устойчивое соединение. Например, железо во влажном воздухе постепенно превращается в гидратированные оксиды и гидроксиды железа — ржавчину.

Определение

Коррозия металлов — это самопроизвольное разрушение металла вследствие его химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

С точки зрения окислительно-восстановительных реакций, металл является восстановителем: его атомы окисляются и переходят в катионы. Вещество, принимающее электроны, — окислитель. Им могут быть кислород воздуха, ионы водорода, ионы металлов и другие частицы.

\[\mathrm{M^0 \rightarrow M^{n+} + ne^-}\]1

В школьных заданиях важно отличать коррозию от простого механического разрушения. Трещина от удара или износ детали не являются коррозией, если не происходит химического или электрохимического превращения вещества.

Виды коррозии и электрохимический механизм

Различают химическую и электрохимическую коррозию. При химической коррозии металл непосредственно реагирует с сухим газом или неэлектролитом. Например, при нагревании медь реагирует с кислородом: образуется оксид меди(II). Подробнее этот процесс рассматривается на странице химическая коррозия.

2Cu + O₂ → 2CuOХимическая коррозия меди при нагревании; продукт — оксид меди(II).

Электрохимическая коррозия протекает во влажной среде или в растворе электролита. На поверхности металла возникают участки, играющие роль анода и катода. Между ними движутся электроны внутри металла, а ионы перемещаются в растворе. Поэтому электрохимическая коррозия особенно характерна для влажного воздуха, морской воды и растворов солей.

Правило электрохимической коррозии

На анодном участке металл окисляется и разрушается: \(\mathrm{M \rightarrow M^{n+}+ne^-}\). На катодном участке происходит восстановление частиц окружающей среды. Электроны движутся от анода к катоду.

Схема электрохимической коррозии: анод разрушается, электроны движутся к катоду.

На катоде в нейтральной или щелочной влажной среде обычно восстанавливается кислород. Упрощённо процесс можно записать так:

\[\mathrm{O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-}\]2

В кислой среде возможна другая катодная реакция — восстановление ионов водорода:

\[\mathrm{2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow}\]3

Если соприкасаются два разных металла во влажной среде, более активный металл обычно становится анодом и разрушается быстрее. Менее активный металл становится катодом. Такой процесс называют контактной коррозией.

Проверь себя

Какой участок металлической детали разрушается при электрохимической коррозии?

Как образуется ржавчина

Для ржавления железа необходимы вода и кислород. На анодных участках железо отдаёт электроны и переходит в раствор:

Fe → Fe²⁺ + 2e^-Анодный процесс при ржавлении железа.

На катодных участках восстанавливается растворённый кислород, образуются гидроксид-ионы. Ионы железа(II) взаимодействуют с гидроксид-ионами, а затем постепенно окисляются кислородом до соединений железа(III). Смесь гидратированных оксидов и гидроксидов железа(III) называют ржавчиной. Подробнее механизм рассматривается на странице образование ржавчины.

Fe²⁺ + 2OH^- → Fe(OH)₂Образование гидроксида железа(II) в промежуточной стадии.

Ржавчина рыхлая и пористая, поэтому не изолирует металл от воды и кислорода. Коррозия железа продолжается в глубину. В отличие от неё плотная оксидная плёнка на алюминии или хроме может защищать металл от дальнейшего разрушения.

Разобранный пример: почему железо ржавеет во влажном воздухе

Определим, какие процессы происходят при коррозии железа в присутствии воды и кислорода.

№

Пример

Назовите окислитель, восстановитель и анодный процесс при ржавлении железа.

1. Железо отдаёт электроны, поэтому является восстановителем и окисляется.

\(\displaystyle \mathrm{Fe^0 \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-}\)

2. Электроны принимает кислород; в воде образуются гидроксид-ионы.

\(\displaystyle \mathrm{O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-}\)

3. Для уравнивания числа электронов умножаем анодное уравнение на два.

\(\displaystyle \mathrm{2Fe \rightarrow 2Fe^{2+} + 4e^-}\)

4. Соединяем полуреакции и записываем суммарное ионное уравнение первой стадии.

\(\displaystyle \mathrm{2Fe + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2Fe^{2+} + 4OH^-}\)

5. Ионы железа(II) и гидроксид-ионы образуют гидроксид железа(II), который далее окисляется до соединений железа(III).

\(\displaystyle \mathrm{Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2}\)

Приём для экзамена

Сначала определите, кто отдаёт электроны. Металл, отдающий электроны, — восстановитель и анод. Частица, принимающая электроны, — окислитель и участник катодного процесса.

Предотвращение коррозии

Основная идея защиты — не допустить контакта металла с водой и кислородом либо заставить разрушаться другой, заранее выбранный металл.

Защитные покрытия. Металл покрывают краской, лаком, маслом, пластмассой или эмалью. Цинковое покрытие защищает сталь: цинк изолирует поверхность, а при повреждении покрытия сам окисляется раньше железа.
Электрохимическая защита. К защищаемой конструкции присоединяют более активный металл — протектор. Он становится анодом и постепенно расходуется, а основная конструкция остаётся катодом.
Защитные оксидные плёнки. Алюминий, хром и некоторые сплавы образуют плотную плёнку оксида, препятствующую дальнейшему доступу среды.
Изменение среды. Удаляют влагу и кислород, применяют ингибиторы, уменьшают содержание солей и поддерживают подходящую кислотность.
Легирование. В металл добавляют другие элементы, чтобы повысить прочность и устойчивость к коррозии; так получают нержавеющие стали.

Подробное сравнение покрытий и протекторной защиты приведено на странице защита металлов от коррозии. На скорость процесса влияют температура, влажность, состав раствора, контакт разных металлов и площадь анодного участка; эти зависимости разобраны в материале факторы коррозии.

Частые ошибки

1. Нельзя говорить, что при коррозии металл «восстанавливается»: металл окисляется. 2. Анод не защищается, а разрушается. 3. Ржавчина — не чистый оксид железа(III), а смесь гидратированных соединений. 4. Для электрохимической коррозии обычно нужна влажная проводящая среда; сухой кислород вызывает уже химическую коррозию.

Quick-test

Быстрый тест по теме

Проверьте понимание темы

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · ОВР

Какова роль железа при его коррозии?

Главное за минуту

Главное

Коррозия — самопроизвольное химическое или электрохимическое разрушение металлов.
При электрохимической коррозии металл окисляется на аноде, а электроны движутся к катоду.
Железо во влажном воздухе ржавеет: железо отдаёт электроны, кислород восстанавливается, затем образуются гидратированные соединения железа(III).
Основные способы защиты: покрытия, протекторная и катодная защита, защитные плёнки, изменение среды и легирование.
Для экзамена запомните: анод разрушается, катод принимает электроны, металл-восстановитель окисляется.