金属的钝化及应用

金属铁、铝在冷的浓硝酸或浓硫酸中会产生钝化现象，即在金属表面形成一层致密的氧化膜，阻止金属继续与浓酸发生反应。在教学过程中，学生在接受“钝化”事实的同时，常会产生这样那样的疑问，例如:金属元素中为什么只有铁和铝能产生钝化现象?符合什么条件才能产生钝化?本文简单介绍有关知识。
1 金属钝化的原理
金属与浓硝酸或浓硫的氧化—还原反应是分两步进行的，第一步:金属转化为氧化物；第二步飞氧化物转化为相应的盐。大多数金属都能进行第一步反应，至于第二步，只有当该金属氧化物的稳定性小于其相应的盐的稳定性时才能发生。
金属表面不仅能在浓酸中形成氧化膜，许多金属还可以在其它氧化剂中，甚至在空气中形成氧化膜。问题的关键是要看这些氧化膜是否起着保护作用。如果在空气中形成的氧化膜具有保护作用，那无疑这种金属在空气中是相当稳定的。要使金属在浓酸中形成氧化膜并且具有保护作用，即在浓酸中产生钝化现象，就要求形成的氧化膜必须是连续的，也就是生成的氧化物的体积大于所消耗的单质的体积，这时，氧化膜才是连续的，能遮盖住金属表面，起保护作用。反之，氧化不是连续的，无法遮盖住金属，因而起不了保护作用，也就不能产生钝化现象。
2 金属钝化现象在工农业生产和日常中的应用
工业上为了防止钢铁制品生锈，常采用发蓝(或发黑)处理。通常是将钢铁工件放在一定温度的碱性氧化
物溶液(主要成份是氢氧化钠和亚硝酸钠)中加热，进行氧化处理，在工件表面生成一层呈现亮蓝色或亮黑色
的致密的氧化膜，它不仅能防锈，并能达到美观的效果。
工业上还常用NaNO₂(2%～20%)和Na₂CO₃(0.3%～0.5%）的溶液作为防锈水。钢铁工件在70～80 ℃的防锈水中，由于NaNO₂的氧化作用，可在表面形成一层钝化薄膜。
铝的表面在空气中自发形成的氧化膜仅有10^-5厘米厚。工业上为了使铝制品表面膜更致密，常把铝制品浸在20%的硫酸钠和10%的硝酸溶液中，使这层钝化膜再加厚。
除去铝壶水垢，人们往往使用灼烧铝壶使水垢裂脱，或用稀盐酸、稀硝酸来溶解等方法。前者高温下铝与空气的氧化反应：
4A1+3O₂2A1₂O₃
后者虽然水垢被除去，但铝也要溶解一部分:
2A1+6HC1=2AlC1₃+3H₂↑
若用铝在浓硝酸中的“钝化”来处理，不仅能有效地除去水垢，而且还能使铝壶得到保护，效果极佳。其化学方程式如下:
2HNO₃+ CaCO₃== Ca(NO₃)₂+ H₂O + CO₂↑
2HNO₃+ MgCO₃== Mg(NO₃)₂+ H₂O + CO₂↑
应该注意的是，钝化应在冷的条件下进行，因此除垢过程要在冷水浴中进行。