腐蚀与钝化

若任其自然，一块精炼出来的金属总想「回家」。我们耗费能量把矿石还原、赢得亮闪闪的金属，而腐蚀就是宇宙慢慢把这份能量抓回去，把金属重新氧化回它原来的那种化合物。铁门上的铁锈、铜上的绿锈、旧铝件上发白的霜——这一切都是金属提取的自发逆过程，电子从金属里漏出、回到环境中。

生锈，是在金属自身表面架起的一个微型电化学电池。在阳极区铁被氧化，Fe -> Fe2+ + 2 e-；在阴极区，氧和水消耗这些电子，O2 + 2 H2O + 4 e- -> 4 OH-；随后铁离子与氢氧根反应、并被空气进一步氧化成水合的三氧化二铁，也就是那层片状的棕色铁锈。关键在于：铁锈疏松多孔、会剥落，所以新鲜金属总是被暴露出来，锈蚀便持续不止。钝化则是那种幸运的相反情形：有些金属（铝、铬、钛、不锈钢）会形成一层又薄、又致密、又结合得很牢的氧化物——一层看不见、能自愈的「皮肤」，封住表面、阻止进一步侵蚀，这就是为什么铝箔不会碎裂、不锈钢能保持光亮。

理解了这个电池，我们就能对付它。涂层（油漆、镀锌）隔绝氧和水。牺牲阳极保护，是把铁与一种更活泼的金属（如锌或镁）相连，后者在电化学序列中更靠下、因而优先腐蚀，把电子源源不断地送给铁、使铁保持为阴极而得以幸免——这正是镀锌钢、以及栓在船体和管道上的牺牲阳极的原理。一处老实的微妙之处是：腐蚀是电化学加动力学：热力学说几乎每种结构金属「本应」腐蚀，然而一层良好的钝化膜、或一个缓慢的阴极反应，就足以决定一座桥是能用一个世纪、还是十年就锈穿。