일반적 부식

 

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1. 부식의 개요

 

 자연계에서 산화물(酸化物)이나 유화물(硫化物) 형태로 존재하는 금속성분을 환

 원 (還元) 처리 하여 각종 용도의 금속으로 사용하고 있다.

 이러한 금속들은 자연환경 속에서 화합물로 존재하는 것이 가장 안정하기 때문

 에 주위에 존재하는 다른 원소와 결합하여 자연상태의 안정된 화합물로서 존재

 하려고 한다.

 따라서 부식이란 금속이 이러한 안정된 자연적인 화합물로 변해가는 과정을 말

 하는 것으로, 학술적으로 표현하면 금속이 주위환경에 의해 화학적 혹은 전기화

 학적 반응에 의해 나타나는 현상을 부식 (Corrosion) 이라 한다.

 이러한 부식현상은 일상적으로 사용하고 있는 기계류나 구조물은 물론, 우리들이

 다니고 있는 정유공장 또는 석유화학공장의 수많은 장치물을 파괴하는 가장 주

 된 원인으로 작용하고 있다.

 

 2. 산화와 부식

 

 산화 (Oxidation) 란 금속이 산소(O)와 결합하는 반응을 말하는 것으로 넓은 의미

 로는 금속 원자가 전자를 뺏기는 과정이라 할 수 있다.

 부식도 일반적 고찰을 하면, 금속원자가 이온화 되어가는 과정이므로 산화는 부

 식의 한 형태라고 할 수 있다.

 

 2.1 산화 (Oxidation)

 

 어떤 물질이 산소 (O) 와 화합하는 과정을 산화라 하고 산소를 빼앗기는 과정을

 환원 (還元) 이라 한다.

 

 예)   Zn + O     → Zn O     (산화)

       Zn O + C   → Zn + CO  (환원)

 

 대부분의 금속은 건조한 공기중의 실온에서는 산화가 거의 일어나지 않으나 고

 온으로 가열되면 산소 (O) 의 반응이 활발하게 되여 급속히 산화가 일어난다.

 금속이 산화할 때 금속표면에 산화물이 생겨 엷은 층을 형성하는데 이러한 산화

 물층을 ‘산화 Scale’ 이라 한다.

2.2 부식 (Corrosion)

 

부식은 화학적 부식과 전기 화학적 부식으로 나눌 수 있으며, 화학적 부식은

액체가 부식매체가 되는 습식부식 (Wet Corrosion) 과 기체가 부식매체가 되는

건식부식(Dry Corrosion)으로 나눌 수 있다

 

1) 화학적 부식

 

화학적 부식의 진행은 금속과 반응하는 성분간의 화학적 친화력에 의해 결정된다.

예컨데 Fe 가 황산에 녹을 경우는  Fe 의 황산에 대한 친화력이 H (수소) 의 친화

력 보다 클 때 다음과 같은 치환 반응이 일어난다.

 

예)  Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

 

금속을 산소 (O)와 의 친화력의 순서로 나타내면 표 2.1 과 같다.

 

 표 2.1  금속원소의 O 와 친화력

Cs > Rb > Li > K > Na >Ba > Sr > Ca > Mg > Al > Mn > Zn > Mo > Cr > W > Fe > Cd >  Co > Ni > Sn > Pb > H > Sb > Bi > As > Cu > Hg > Ag > Pd > Pt > Au > Ir > Rh > Os

 

표에는 비금속 원소인 H 가 들어 있으나 H 는 금속과 같은 거동을 나타내므로

기준으로 삼기 위해 넣은 것이다.

즉 표 중에서 H 보다 우측에 있는 금속은 불활성인 금속이며 산화제가 없으면

산과 반응하지 않는다.

특히 Ag 보다 우측의 금속은 강한 산화제를 사용하기 전에는 산과 반응하지 않고

공기 중에서 거의 산화되지 않으므로 귀금속으로 취급된다.

 

2) 전기화학적 부식

 

전기화학적 부식은 물 또는 산, 알칼리 및 염의 수용액과 같은 전해질 용액이

존재할 때 일어난다.

금속원자가 전자를 잃어서 이온이 되는 과정을 양극반응 (Anodic Reaction ),

반대로 이온이 전자를 얻어서 중성의 원자가 되는 과정을 음극반응

 (Cathodic Reaction) 이라 한다

 

 

 

금속전자를 예를 들어 M으로 표시하면 다음과 같다.

 

 

 

위에서 보는 바와 같이 금속은 양극반응을 일어 키면서 부식된다.

일반적으로 용액은 그 자신의 자유에너지를 갖고 금속 자신도 자유에너지를

가지고 있으므로 금속을 용액 중에 담그면 양쪽의 에너지 차가 생긴다.

이 때문에 양극반응과 음극반응이 생긴다.

이상으로 우리는 금속이 어떠한 Mechanism 에 의해 부식이 진행되는지를 알아

보았다.