腐蝕與劣化

電極電位(electrode potential)

一種金屬「多想」放出電子並溶解?電極電位正是量度單一半反應這種傾向的電壓。由於你永遠無法單獨量測一個電極(電池需要兩端),化學家約定了一個參考——標準氫電極——把它的電位定為零,再以它為基準量測其他所有半反應。結果就是一張以伏特為單位的標準電極電位表,依各反應趨向還原(得到電子)的拉力排序。

如何讀這張表:電位很正表示該反應非常想往還原方向進行,所以那個金屬是貴金屬、抗腐蝕——金的 Au3+ + 3 個電子 -> Au 約在 +1.5 V,銅的 Cu2+ + 2 個電子 -> Cu 在 +0.34 V。電位很負表示該金屬更傾向溶解(氧化):鐵 Fe2+ + 2 個電子 -> Fe 為 -0.44 V,鋅 -0.76 V,鋁 -1.66 V,鎂 -2.37 V。當兩個半電池相連時,兩者電位之差就是驅動反應的電池電壓,電位較負的那個電極就是會腐蝕的陽極。鐵接觸銅時,約有 0.34 - (-0.44) = 0.78 V 的驅動電壓推動鐵溶解。

要誠實提醒的是:電極電位告訴你腐蝕的方向與驅動力——是否在熱力學上可行——但完全沒說速度。一個反應可能強烈有利卻進行得極慢,因為保護膜掐住了它:鋁的電位是最負的之一,但汽水罐並不會消失,正因為它的氧化膜幾乎完全阻擋了反應。所以電位預測誰會贏得這場拔河,而腐蝕速率(動力學)決定多快發生,兩者必須一起看。

一個簡單的丹尼爾電池能讓這件事看得見:把鋅泡在硫酸鋅、銅泡在硫酸銅中並連接起來,電表會讀到約 0.34 - (-0.76) = 1.10 V。鋅(較負)作為陽極溶解,銅在陰極析出鍍上——預測哪個金屬會腐蝕的正是這些電位,它們同時也在為電池供電。

腐蝕與電池是同一套物理;正在腐蝕的結構,只是一個你不想要的電池。

標準值假設 25 度 C 與 1 莫耳離子濃度;真實電位會隨濃度與溫度改變(能斯特方程式),這也是為什麼光是氧氣或離子濃度的差異,就能在單一金屬上構成腐蝕電池。

又称
standard electrode potentialhalf-cell potentialreduction potential標準電極電位半電池電位