化學原理啟迪283

鏽蝕Corrosion

1.          鏽蝕/生鏽，可看成是金屬回到它們的自然狀態－金屬礦－的過程。鏽蝕就是金屬的氧化反應。

2.          金屬鏽蝕會破壞金屬結構完整性與原子之間的緊密吸引關係，因此金屬鏽蝕的自發性反應對經濟影響很大，每年製造的鋼鐵有1/4用來取代生鏽的金屬。

3.          因為金屬很容易氧化所以會鏽蝕，金屬常用來做結構支撐與裝飾，除了黃金以外，其餘所有金屬的標準還原電位差都低於氧氣，所以容易被氧化而鏽蝕。

4.          金屬的氧化反應與氧的還原反應合起來的結果是正的標準電位差°E。因此大部分金屬被氧引發的氧化反應是自發性的（雖然我們沒有辦法從電位差知道這個反應進行得多快）。

5.          「氧的還原電位差」與「大部分金屬的還原電位差」差距很大，這代表金屬暴露在空氣中很容易生鏽，可是很令人意外的，鏽蝕的問題竟然沒有阻止我們在空氣中使用它。

6.          這是因為大部分的金屬會在接觸空氣的表面形成一層薄薄的氧化物，它可保護內部的原子不會進一步氧化。這種現象最典型的例子是鋁，鋁的還原反應電位差是－1.7volts（低於氧），照理說，鋁應該很容易被氧化生鏽，光從鋁氧化反應的熱力學來看，鋁製的飛機遇到暴風雨會解體。

7.          然而，鋁金屬卻是結構材料，因為鋁金屬與空氣接觸面會形成薄而緊密的鋁氧化物Al2O3，比較精確的寫法是Al2(OH)6，它能阻止鋁金屬被進一步腐蝕；被氧化物包裹起來的鋁，電位差是－0.6volts，這樣的鋁很接近鈍性金屬。

8.          鐵也會形成氧化物外層，可是鐵的氧化物外層無法阻止鏽蝕。當鐵暴露在潮濕的空氣中（充滿氧與水）反應產生的氧化物會剝落，露出新的表面，繼續承受鏽蝕。

9.          銅或銀這類鈍性金屬的鏽蝕產物各自不同，並且影響它的裝飾用途。在正常的大氣環境下，銅的外層會形成碳酸銅copper carbonate，稱為綠鏽patina。銀鏽是銀硫化物(Ag2S)，銀鏽薄層使銀有多采多姿的外表。

10.     黃金的標準還原電位差（1.50volts）是正數，明顯比氧（1.23volts）大，所以黃金在空氣中不會鏽蝕。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

研究心得：

1.      為什麼有些金屬會生鏽，有些金屬不會生鏽？這是每一種物質的標準還原電位差高低不同的關係。

2.      不會生鏽的金屬它的標準還原電位差比「氧」高，所以「氧」無法搶奪它的電子，例如「黃金」的標準還原電位差1.50volts，比「氧」的標準還原電位差1.23volts高；會生鏽的金屬它的標準還原電位差比「氧」低，所以「氧」可以搶奪它的電子，造成自發性的氧化反應，也就是生鏽。

3.      此外，有些金屬不會生鏽的原因是它的外層被「氧」搶奪電子以後，在金屬外層形成一個保護膜，例如鋁金屬在外層形成鋁氧化物保護膜之後，標準還原電位差拉高到－0.6volts，接近不容易生鏽的鈍性金屬。

4.      有些金屬生鏽的原因不是「氧」而是其他物質，例如「銅」會跟「碳酸」反應形成「碳酸銅」，「銀」會與「硫」反應形成「銀硫化物」。它們會生鏽的理由一樣是標準還原電位差比較低。

5.      我們清楚知道每一種物質的標準還原電位差之後，透過比較標準還原電位差高低，我們能夠判斷哪些金屬會生鏽、哪些金屬不會生鏽，這個道理就是《老子道德經》說的：天下皆知美之為美，斯惡已。皆知善之為善，斯不善已。所有的人如果都知道美的標準，那就知道什麼是醜惡的；所有的人如果都知道什麼是完善的標準，那就知道什麼是缺漏的。

6.  老子認為所有的人都是透過比較才能體悟道理、分辨人才優劣。《老子道德經》說：大道廢，有仁義；國際大環境局勢，很不好的時候，才能凸顯出誰有真正的執政能力，他可以掌握行政的重點，可以維護社會的公平、正義。

7.  智慧出，有大偽；知識競爭激烈的時候，才能讓虛偽不實、浪得虛名的人被檢驗。

8.  六親不和，有孝慈。當家族間或族群間，忙著爭權奪利的時候，才能夠看出誰能肩負起「承先啟後」的重責大任，成為民族之光。

9.  國家昏亂，有忠臣。當國家混亂的時候，平常就盡忠職守的人，才會被大家了解與認識。

10. 多數的人，只能在比較穩定的環境中成長，能在混亂局勢中持續進步的，只有天才；在成長突破的企業中，必定有人才，在長期穩定的大企業中，內藏許多笨蛋。人如果處在太平時期，縱使爬到高位也不代表自己有能力、有實力，能夠經過亂世考驗而屹立不搖的人，才是真正的英雄。

11. 從小在優渥的環境中長大，縱使有高學歷、高職位，但是絕大多數是禁不起考驗的膿包，一暴露到空氣中就氧化生鏽，不能成為社會的鋼骨結構。

12. 有危機，才有改革的契機，在危機中，人才能發覺自己與組織的問題，所以，優秀的指導者，會懂得適當地營造危機感。四面楚歌的壓力，可以增長人的智慧，只要壓力是漸進的，就不會有太大的危險，反而可以讓優秀的人才輩出，藉機改革社會。一直期待過穩定、安定生活的人，絕大多數是沒有社會競爭力的人，絕大多數是不想好學的人。

13. 生態系統要平衡，就需要有天敵，消滅老弱；一個進步的社會，經濟成長率不是重點，重點是要消除不求長進、不求知識的人。如何讓那些容易被氧化、不好學、不求長進的大學教授社會寄生蟲轉變，願意勤勞、好學、寫國際學術論文來生活，考驗國家領導人的智慧。