腐蝕與鈍化

若任其自然，一塊精煉出來的金屬總想「回家」。我們耗費能量把礦石還原、贏得亮閃閃的金屬，而腐蝕就是宇宙慢慢把這份能量抓回去，把金屬重新氧化回它原來的那種化合物。鐵門上的鐵鏽、銅上的綠鏽、舊鋁件上發白的霜——這一切都是金屬提取的自發逆過程，電子從金屬裡漏出、回到環境中。

生鏽，是在金屬自身表面架起的一個微型電化學電池。在陽極區鐵被氧化，Fe -> Fe2+ + 2 e-；在陰極區，氧和水消耗這些電子，O2 + 2 H2O + 4 e- -> 4 OH-；隨後鐵離子與氫氧根反應、並被空氣進一步氧化成水合的三氧化二鐵，也就是那層片狀的棕色鐵鏽。關鍵在於：鐵鏽疏鬆多孔、會剝落，所以新鮮金屬總是被暴露出來，鏽蝕便持續不止。鈍化則是那種幸運的相反情形：有些金屬（鋁、鉻、鈦、不鏽鋼）會形成一層又薄、又緻密、又結合得很牢的氧化物——一層看不見、能自癒的「皮膚」，封住表面、阻止進一步侵蝕，這就是為什麼鋁箔不會碎裂、不鏽鋼能保持光亮。

理解了這個電池，我們就能對付它。塗層（油漆、鍍鋅）隔絕氧和水。犧牲陽極保護，是把鐵與一種更活潑的金屬（如鋅或鎂）相連，後者在電化學序列中更靠下、因而優先腐蝕，把電子源源不斷地送給鐵、使鐵保持為陰極而得以倖免——這正是鍍鋅鋼、以及栓在船體和管道上的犧牲陽極的原理。一處老實的微妙之處是：腐蝕是電化學加動力學：熱力學說幾乎每種結構金屬「本應」腐蝕，然而一層良好的鈍化膜、或一個緩慢的陰極反應，就足以決定一座橋是能用一個世紀、還是十年就鏽穿。