Thép là hợp kim của sắt (Fe) và carbon, vốn dễ bị ăn mòn khi tiếp xúc với nước biển giàu oxy và muối. Để bảo vệ thép, người ta thường dùng phương pháp điện hóa (gắn khối Mg làm vật hy sinh) hoặc sơn phủ bề mặt. Tuy nhiên, các loại sơn truyền thống chứa chì (Pb) hoặc chromium (Cr) thường gây độc và tích tụ sinh học trong sinh vật biển. Do đó, xu hướng hiện nay là phát triển sơn bio-polymer từ nguyên liệu tái tạo kết hợp với (nano silica SiO2). Loại sơn mới này vừa thân thiện với môi trường, vừa tạo lớp màng ngăn cách có độ bám dính và độ kín khít cao, giúp bảo vệ công trình bền vững hơn.
Bảng: Thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hóa – khử
Cặp……. Mg2+/Mg…. Fe2+/Fe…. Sn2+/Sn
E°(V)……… -2,37……. -0,44……… -0,14
a) Khi gắn khối Mg vào chân giàn khoan bằng thép, nó sẽ đóng vai trò là cathode và bị oxi hóa thay cho sắt (Fe).
b) Phương pháp bảo vệ bề mặt làm thay đổi thế điện cực chuẩn của kim loại, từ đó hạn chế quá trình oxi hóa xảy ra trên bề mặt kim loại.
c) Gắn thiếc (Sn) lên vỏ tàu thép được xem là phương pháp bảo vệ điện hóa giúp ngăn ngừa quá trình ăn mòn kim loại.
d) Việc lựa chọn sơn bio-polymer nano thay thế cho các dòng sơn chứa chì hay chromium là một phương án đề xuất phù hợp nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm thứ cấp từ kim loại nặng trong môi trường biển.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Sai, trong cặp pin điện hóa Mg-Fe, vì E°Mg2+/Mg < E°Fe2+/Fe nên Mg là kim loại có tính khử mạnh hơn. Do đó, Mg sẽ đóng vai trò là Anode (cực âm) và bị oxi hóa: Mg —> Mg2+ + 2e.
Sắt lúc này đóng vai trò là Cathode (cực dương) và được bảo vệ.
(b) Sai, thế điện cực chuẩn (E°) là một đại lượng đặc trưng bản chất của mỗi cặp oxi hóa – khử, nó chỉ phụ thuộc vào bản chất của kim loại, nhiệt độ và nồng độ (ở điều kiện chuẩn). Việc sơn phủ bề mặt chỉ là phương pháp cách ly vật lý, ngăn không cho kim loại tiếp xúc với tác nhân ăn mòn (nước, oxygen), chứ không làm thay đổi giá trị thế điện cực chuẩn của kim loại đó.
(c) Sai, E°Sn2+/Sn > E°Fe2+/Fe nên Sn có tính khử yếu hơn Fe. Nếu gắn Sn vào thép và xảy ra ăn mòn điện hóa, sắt sẽ bị ăn mòn nhanh hơn (do đóng vai trò là anode). Vì vậy, gắn thiếc không phải là phương pháp bảo vệ điện hóa (vật hy sinh) cho thép; thực tế người ta thường dùng phương pháp này để mạ bề mặt (như tấm sắt tây), nhưng nếu lớp mạ bị xước, sắt bên trong sẽ bị hỏng rất nhanh.
(d) Đúng, các kim loại nặng như Pb, Cr trong sơn truyền thống có độc tính cao và có khả năng tích tụ qua chuỗi thức ăn, gây hại cho hệ sinh thái biển. Việc chuyển sang bio-polymer (nguồn gốc sinh học, dễ phân hủy) kết hợp với nano silica (tăng độ bền cơ học và độ kín khít để chống thấm) giúp bảo vệ công trình mà không gây ô nhiễm thứ cấp.
