1. 개요
부식에 대한 수많은 사례가 있고 모든 사람이 언젠가는 부식으로 인해 어려움을 겪게 된다. 예를 들면 자동차의 녹슨 번호판의 볼트를 제거하려 하거나 광택이 나던 새 차의 범퍼가 소금기가 있는 도로를 주행하는 겨울이 지나면 부식이 되는 것이 이에 해당한다. 이 나라 고속도로에 늘어서 있는 수많은 폐차장의 실상이 부식 문제의 규모를 침묵으로 대변해 준다. 녹은 붉은 색이라서 철이나 강 부품에 부식이 일어나고 있다는 것을 분명히 확인할 수 있기 때문에 가장 잘 알려진 부식의 형태이다.
녹은 철의 산화물이며 자연의 힘의 한 예다. 사람들은 철의 원광(이 중 하나가 적철광)으로부터 철을 생산하기 위해, 부식에 의해 그것을 단지 산화물 상태로 되돌려놓기 위해 어마어마한 에너지를 소모하고 고군분투해 왔다. 부식에 대한 연구는 필수적이다. 왜냐하면 그것은 부식 공정의 상세한 내용들을 제공하며 그것으로부터, 여러 기술이 재료들을 부식으로부터 보호하기 위해 개발되어 왔고 개발되고 있는 중이기 때문이다. 많은 다른 형태의 부식이 있지만, 부식이란 용어 그 자체는 전 영역을 포함하고 주위의 화학적 또는 전기적 성질에 의한 물질의 파괴적인 침식을 의미한다. 가장 흔한 형태로는 균일부식, 점부식(pitting), 탈아연 부식, 결정립계 부식, 그리고 균열이 있다.
2. 전해 전지
부식의 전기화학적 성질은 전해 전지의 원리에 대한 지식을 바탕으로 하고 있다. 임의의 다른 두 개의 금속과 전해액으로 전해 전지를 형성할 수 있다. 그러한 전지 중 하나가 손전등 건전지이다. 다른 하나의 전해 전지는 Daniell 전지이다. 이 전지는 동력에 의해 대체될 때까지 직류 전기의 주요 원천이었다. Daniell 전지는 구리 황산염 용액에 잠긴 구리 전극과 아연 황산염 용액에 담긴 아연 전극으로 이루어져 있다. 두 전해액은 혼합은 방지하지만 전류를 나르는 이온들은 통과하게 하는 다공성 칸막이로 나뉘어져 있다. 두 전극 사이에 연결된 백열등은 구리에서 아연 전극으로 흐르는 전류로 인해 불이 들어온다.
Daniell 전지에서 구리 전극은 음극이고 아연 전극은 양극이다. 전류는 전선을 통해 음극에서 양극으로 흐르는 것으로 그려진다. 전류의 방향은 관례적으로 양전기 전하의 운반자가 움직이는 방향으로 정의된다. 사실상 전하를 운반하는 것은 음으로 대전 된 전자이고, 실제 전류는 양 전류와 반대 방향으로 움직이는 음 전류이다. 그러나 실제 전류를 형성하는 전자는 어디에서 오는가? 아연 전극, 양극에서 이온화 반응이 일어난다. 전자가 생성되는 이러한 형태의 반응을 산화반응이라 한다. 전자는 전선을 따라 이동하고 아연 이온은 전해액을 통해 이동한다. 전해액은 실제로는 이온들로 이루어져 있다. 산화반응에 의해 양극에서 생성된 아연 이온은 용액을 통해 음극으로 이동한다. 그들은 다공성 분리막을 통해 전지의 음극 칸으로 확산해 간다.
양극에서 음극으로 이동하는 전자들에 의해 음극에 여분의 전자가 있게 되어 여기서 환원반응이 일어난다. 환원반응은 산화반응에서처럼 전자가 생성물로 작용하는 것이 아니라 반응물로 작용하는 전기 화학반응이다. 여분의 전자는 구리 황산염 용액의 구리이온과 결합하여 음극에 금속성 구리를 형성한다. Daniell 전지가 작동함에 따라 아연의 산화 때문에 아연 전극이 부식되고, 구리 전극은 구리이온들의 환원에 의해서 형성된 구리층으로 덮인다. 전류는 전자들에 의해서는 외부 전선을 통해서 그리고 이온들에 의해서는 전해액을 통해서 운반된다.
3. 부식의 전기화학적 성질
부식은 특성상 전기화학적이라는 것을 증명하기 위해서, 산화는 부식 전지의 양극에서 일어나고 환원은 음극에서 일어나는 것을 보여주는 실험을 하나 해야 한다. 바로 세척된 철 표면에 소금물을 한 방을 떨어뜨리자. 물방울의 중심 부분 밑에 있는 철은 산화되고 그것은 양극이고, 반면에 물방울의 가장자리에 있는 철은 음극이 되는 그러한 형태로 부식이 일어날 것이다. 이것이 산소 농담전지이다. 일어나는 전기 화학반응은 양극에서의 철의 산화다. 그리고 음극에서는 물의 환원이다. 양극에는 철 이온이 그리고 음극에는 수산기 이온이 축적되어 있어야 한다. 우리는 물에, 수산기 이온의 존재를 나타내는 페놀프탈레인과 철기(철) 이온의 존재를 나타내는 포타슘페리사이나이드를 각 한 방울 첨가함으로써 이것을 확인할 수 있다. 이렇게 하였을 때, 물방울은 수산기 이온이 있는 것을 나타내면서 방울의 가장자리가 붉게 되고, 철 이온이 있는 것을 나타내면서 중심부가 파랗게 된다. 이 실험은 부식이 진정 전기화학적 반응이라는 것의 증명이다.