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■ 부식의 원리

1 산화환원 반응과 전극의 정의

산화(oxidation) : 전자(electron)를 잃어버리는 반응

예) Fe → Fe²⁺ + 2e^-

환원(reduction) : 전자(electron)를 얻는 반응

예) 2H⁺ + 2e^- →H₂

예) 2H₂O + O₂ + 4e → 4OH^-

양극(anode) : 산화반응이 일어나는 전극(부식이 일어나는 전극)

음극(cathode) : 환원반응이 일어나는 전극(부식이 억제되는 전극)

2 부식과정

부식을 환경과의 상호작용에 의한 금속의 퇴화라고 정의할 수 있는데, 이러한 상호작용은 전기적 전하의 이동이 수반되는 전기화학적 관점에서 이해할 수 있다.

부식의 전기화학적 특징을 이해하기 위하여 염산용액에서 아연이 부식되는 과정을 예로써 설명해보면, 염산용액 속에서 아연은 거품을 발생하면서 녹는 것을 볼 수 있는데, 이 때 아연(Zn)은 가용성의 ZnCl₂로 되고 표면에서는 수소 거품이 발생하는 것이다. 이것을 화학식으로는

Zn + 2HCl^- → ZnCl₂+H₂

과 같이 표시할 수 있다. 그런데 이 반응을 전하의 전달이 수반되는 전기화학적 과정으로 설명하기 위해서는 두 개의 반쪽 반응으로 나누게 된다. 다시 말해서 위와 같이 전체적인 화학반응은 다음과 같은 양극부위에서의 반응(anodic reaction)과 음극 부위에서의 반응(cathodic reaction)으로 나누어 생각해 볼 수 있다.

Zn → Zn²⁺ + 2e^-……… Anodic Reaction

2H⁺ + 2e^- → H₂……… Cathodic Reaction

양극반응은 금속이 산화되는 반응으로써 전자를 생성시키는 반응이며, 음극반응은 환원 반응으로서 양극반응에 의해 생성된 전자를 소모하는 반응이다. 이 두 개의 반응은 아연금속 표면에서 동시에 그리고 반드시 같은 속도로 발생한다

따라서 부식이란 위에서 말한 양극반응의 결과라고 할 수 있다. 부식이 진행되기 위해서는 양극반응에 의해 생성된 전자가 소모될 수 있는 음극반응이 있어야 한다. 양극반응이 모두 금속의 산화반응인 것과는 달리, 음극반응은 부식환경에 따라 다양한 반응이 가능하다. 대표적인 음극반응에는 수소발생 및 산소환원 반응이 있으며, 이 이외에도 금속이온의 환원반응도 가능하다. 이러한 반응들을 식으로 표현해 보면 다음과 같다.

수소발생 반응 :

2H⁺ + 2e^- → H₂ : pH≤5 이하의 산성용액

2H₂O +2e^- → H₂ + 2OH^- : pH≥6이상의 용액

산소환원반응

O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O : pH≤5 이하의 산성용액

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 2H₂O : pH≥6이상의 용액

기타반응

Mⁿ⁺ + e^- → M^(n-1)+

부식이 일어나기 위해서는 양극반응과 음극반응 뿐만아니라 다음과 같은 조건 을 만족해야 한다. 첫째로 금속이라는 전자전도체이어야 하며, 두번째로 금속주변에 이온전도체가 존재하여야 한다. 세번째로 전류의 흐름이 가능한 폐쇄회로가 구성되어 있어야 한다. 전자전도체와 이온전도체 사이에 전류흐름 양상의 변환이 있어야 함을 의미하는 것으로 계면반응에 의해 전하가 전달됨을 나타낸다.

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