부식(Corrosion) 메커니즘

부식(Corrosion)은 금속이 환경과 화학 반응을 일으켜 점차적으로 분해되는 현상입니다. 부식의 메커니즘은 일반적으로 산화-환원 반응에 의해 일어납니다. 이 과정을 설명하면 다음과 같습니다:

1. 전기화학적 부식

금속 표면의 특정 부위가 전자(전기화학적 부식) 손실을 겪고, 이는 전해질(물, 습기 등) 내에서 이온화되어 양이온과 자유 전자를 형성합니다. 이러한 부식의 전기화학적 메커니즘을 이해하기 위해 몇 가지 단계를 통해 설명하겠습니다.

1.1. 양극 반응 (산화 반응)

양극(금속 표면의 산화되는 부위)에서는 금속 원자가 전자를 잃고 금속 이온으로 변합니다. 이 과정은 다음과 같은 화학 반응으로 표현됩니다. M→M2++2e−\text{M} \rightarrow \text{M}^{2+} + 2e^-M→M2++2e− 여기서 M은 금속을 의미합니다.

1.2. 음극 반응 (환원 반응)

음극에서는 전자를 얻는 환원 반응이 일어납니다. 일반적인 환원 반응으로는 산소의 환원이 있습니다. O2+4H++4e−→2H2O\text{O}_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2OO2​+4H++4e−→2H2​O 또는 O2+2H2O+4e−→4OH−\text{O}_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-O2​+2H2​O+4e−→4OH− 이러한 반응은 전해질 속의 산소와 수소 이온 또는 수산화 이온과 관련이 있습니다.

1.3. 전체 반응

금속의 부식은 양극과 음극 반응이 결합된 전체 반응으로 나타납니다. 예를 들어, 철(Fe)의 부식 반응은 다음과 같습니다: 양극 반응: Fe→Fe2++2e−\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^-Fe→Fe2++2e− 음극 반응: O2+2H2O+4e−→4OH−\text{O}_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-O2​+2H2​O+4e−→4OH− 전체 반응: 2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)22\text{Fe} + \text{O}_2 + 2H_2O \rightarrow 2\text{Fe(OH)}_22Fe+O2​+2H2​O→2Fe(OH)2​

2. 갈바닉 부식

서로 다른 두 금속이 전해질 내에서 접촉할 때 발생합니다. 전기적으로 더 양성(덜 귀한) 금속이 양극이 되어 빠르게 부식되고, 더 음성(귀한) 금속이 음극이 되어 보호됩니다.

3. 국부 부식

국부 부식에는 여러 형태가 있으며, 그중 몇 가지는 다음과 같습니다.

• 점 부식(Pitting Corrosion): 금속 표면에 작은 구멍이 생기는 현상.
• 틈새 부식(Crevice Corrosion): 금속의 틈이나 균열에서 발생하는 부식.
• 응력 부식(SCC, Stress Corrosion Cracking): 금속이 응력과 부식 환경에 의해 균열이 발생하는 현상.

부식 메커니즘의 이해는 금속의 수명을 연장하고, 구조물의 안전성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 따라서, 다양한 방법을 통해 부식을 방지하는 노력이 필요합니다.