轮船是我们水路出行时最重要的交通工具,有的同学在乘坐轮船出行时也许会发现,在轮船的吃水部位有很多锌块,这是用来千什么的呢?难道这里面也包含着深奥的化学知识吗?
原来,海水中含杂质较多,且不活泼,轮船在海水中航行,海水会与轮船形成原电池,发生电化学腐蚀。
电化学腐蚀是指金属材料与电解质溶液接触,通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中,金属失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程,反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物(或金属难溶盐);介质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中,获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。
运用原电池的电化学原理,消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应,使金属得到防护,这种金属防护法叫做电化学防护。
电化学防护分阳极防护和阴极防护两大类。阳极防护是把被保护的金属作阳极,在一定外加电压范围内进行阳极钝化,使它的表面由化学状态转为钝化状态,从而阻滞金属在某些酸、碱或盐中被腐蚀。阴极防护是把被保护的金属作为阴极,方法有以下两种:
(1)外加电流的阴极防护法。用一个不溶性电极作辅助阳极,跟阴极一道放到电解质溶液里。当接通外加直流电源后,大量电子强制流向被保护的金属阴极(例如钢铁设备),并在阴极积累起来。这样就避免或抑制钢铁发生失去电子的氧化作用,从而被保护。
(2)牺牲阳极的阴极保护法。用比铁还原性更强的金属(如锌)或合金跟钢铁制品连接。当发生电化腐蚀时,这种活泼金属就作为微电池的负极而被腐蚀,钢铁设备得到保护。
在轮船尾部和船壳吃水线下部装上一定数量锌块,就属于这种保护法。
大海蕴含着丰富的化学资源。尝过海水的人都知道,海水又咸又苦。这是什么原因呢?原来海水里溶解了大量的气体物质和各种盐类。如果我们分别盛一盆自来水和一盆海水,放在太阳下把它们晒干,就会发现,自来水干了・没剩下什么东西,海水晒干了,盆底上却留下一层白花花的盐。当然海盐并不是指我们每天食用的盐,它含有许多化学物质。食盐又称氯化钠,是海水里的主要成分。另外还有一种非常苦的物质,叫做氯化镁。海水里因为有了氯化钠和氯化镁这两种基本的化合物,就变得又咸又苦。除此之外,海水里还含有很多其他物质。
现在,人们在陆地上发现了100多种化学元素,其中有相当数量的已在海水中找到。科学家们预言,海洋面积比陆地面积大得多,海洋中蕴藏的化学物质一定比陆地还要多。
科学家们计算,在1立方千米的海水中,有2700多万吨氯化钠,320万吨氯化镁,20万吨碳酸镁,120万吨硫酸镁。如果把海水中的所有盐分全部提取出来,平铺在陆地上,那么陆地的高度可以增加150米。假如海水全部被蒸干了,那么在海底将会堆积60米厚的盐层,盐的体积有2200多万立方千米,用它把北冰洋填成平地还绰绰有余。
海水中有的元素尽管含量很微小、但是由于海水量很大,所以总的储量却相当可观。比如海水中含有的黄金,每升水中仅含有0.000004毫升,但是,海水中金的总储量却有600万吨。如果把海水中的金全部提取出来,那么黄金就和现在的铝一样,变得非常平凡了。与海水中的元素储量相比,人类从海水中提取的金属量是很少很少的。就拿现在世界上从海水中提取量最大的金属镁来说,每年的产量还不到1立方千米的海水中储量的1/10。钠、钙、钾的产量只不过是海水总储量的三亿分之一。