Nghiên cứu tổng hợp , khảo sát cấu trúc và mối quan hệ giữa cấu trúc với hoạt tính của một số chất ức chế ăn mòn kim loại dạng bay hơi dãy β - aminoxeton

MỤC LỤC

Trang bìa phụ
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng biểu và hình vẽ
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt


Mở đầu
1
Chương 1
Tổng quan
3
1.1.
ăn mòn kim loại trong khí quyển
3
1.1.1.
Sự ăn mòn kim loại trong khí quyển
3
1.1.2.
Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn kim loại trong khí quyển
4
1.1.2.1.
ảnh hưởng của độ ẩm và các thành phần của khí quyển
4
1.1.2.2.
Thời gian màng ẩm bám trên bề mặt kim loại và nhiệt độ

5
1.1.2.3
ảnh hưởng của vi sinh
5
1.1.3.
Đặc điểm khí hậu Việt nam với sự ăn mòn và bảo vệ kim loại bằng
chất ức chế bay hơi
6
1.2.
Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn
8
1.3.
Các chất ức chế ăn mòn
9
1.3.1.
Bản chất của sự bảo vệ kim loại bằng chất ức chế
9
1.3.1.1.
Tác dụng của sự hấp phụ chất ức chế trên bề mặt kim loại
9
1.3.1.2.
Tác dụng của chất ức chế lên phản ứng điện cực
10
1.3. 2.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng bảo vệ của chất ức chế
10
1.3.2.1.
ảnh hưởng của bản chất kim loại
10
1.3.2.2.

Ảnh h-ëng cña b¶n chÊt chÊt øc chÕ
11
1.3.2.3.
¶nh h-ëng cña c¸c ion cã h¹i
11
1.4.
Các chất ức chế bay hơi
12


1.4.1.
Lĩnh vực sử dụng các chất ức chế bay hơi
12
1.4.2.
Mối quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa với một số thông số hóa lý của
chất ƯCBH
13
1.4.3
Các phương pháp đo và xác định áp suất hơi bão hòa của các chất
17
1.4.4.
Quan hệ giữa tính chất bảo vệ và cấu trúc hoá học của chất ức chế
20
1.4.5.
Các cách biến đổi cấu trúc của các chất ức chế để điều chỉnh P
0
của
chúng
23
1.4.6.

Cơ chế bay hơi của chất ức chế bay hơi
24
1.4.7.
Các chất ức chế bay hơi trên cơ sở các hợp chất amin
25
1.4.8.
Các nguyên tắc tối ưu hóa sự bảo vệ kim loại của chất ức chế bay hơi
trong các hệ thống kín và không kín hoàn toàn.
27
1.4.9.
Tình hình nghiên cứu bảo vệ kim loại bằng chất ức chế bay hơi ở
Việt Nam và nhu cầu sử dụng nó cho bảo quản.
30
Chương 2
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
32
2.1.
Đối tượng nghiên cứu
32
2.2.
Phương pháp nghiên cứu
33
2.2.1.
Các phương pháp tính toán lượng tử.
33
2.2.2.
Phương pháp tổng hợp các - aminoxeton
34
2.2.3.
Phương pháp xác định cấu trúc.

36
2.2.4.
Các phương pháp xác định các thông số vật lý của các chất
36
2.2.5.
Các phương pháp điện hoá xác định khả năng bảo vệ
37
2.2.6.
Phương pháp thử nghiệm tự nhiên đánh giá khả năng bảo vệ.
39
Chương 3
Kết quả và thảo luận
42
3.1
Xác định các thông số lượng tử
42
3.2.
Tổng hợp, xác định cấu trúc của chất ức chế bay hơi.
48
3.2.1.
Tổng hợp đietylaminhiđroclorua
48
3.2.2.
Tổng hợp mocpholin hiđroclorua
48
3.2.3.
Tổng hợp 4-đietylamin-butan-2-on
49
3.2.4.
Tổng hợp 3-đietylamin-1-phenyl-propan-1-on

50
3.2.5.
Tổng hợp 4-đietyl amin-3-metyl-butan-2- on
52


3.2.6.
Tổng hợp 3-đimêtylamin-1-phenyl-propan-1-on
54
3.2.7.
Tổng hợp 4-đimetylamin-butan-2-on
57
3.2.8.
Tổng hợp 4-đimetylamin-3-metyl-butan-2-on
59
3.2.9.
Tổng hợp 4-morpholin-4-yl-butan-2-on
62
3.2.10.
Tổng hợp 3-morpholin-4-yl-1-phenyl-propan-1-on
64
3.2.11.
Tổng hợp 3-metyl-4-morpholin-4-yl-butan-2-on (1) và 1-morpholin-
4-yl-pentan-3-on (2)
67
3.2.12
Xác định một số thông số vật lý của chất nghiên cứu.
71
3.3.
Khả năng bảo vệ của chất ức chế bay hơi.

74
3.3.1.
Kết quả đo điện hoá trên đồng M1.
74
3.3.2.
Kết quả đo điện hoá trên thép CT3.
81
3.4.
Kết quả thử nghiệm tự nhiên.
89
3.4.1.
Kết quả thử nghiệm tự nhiên tại sân phơi mẫu Hà nội.
89
3.4.1.1.
Kết quả kiểm tra sau 6 tháng thử nghiệm.
89
3.4.1.2.
Kết quả mở niêm sau 14 tháng cho các mẫu thử nghiệm.
91
3.4.2.
Kết quả thử nghiệm thực tế tại các đơn vị
93
3.5.
Quan hệ giữa cấu trúc và khả năng ức chế ăn mòn của các -
aminoxeton
97

Kết luận
104

Danh mục các công trình đã công bố
106

Tài liệu tham khảo
107

Phụ lục
119














DANH MC CC BNG


Bng 1.1
Phng trỡnh tuyn tớnh miờu t s ph thuc ca ỏp sut hi bóo hũa
(P
0
) ca mt s dn xut amin vo nhit

Bng 1.2
p suất hơi bão hòa phụ thuộc vào khối l-ợng phân tử của các chất ở
21 và 40
0
C.
Bng 1.3
Cỏc phng trỡnh tuyn tớnh v s ph thuc ca ỏp sut hi bóo hũa
ca cỏc benzoat v nitrobenzoat amin vo im sụi ca amin gc cú
trong thnh phn cht c ch.
Bng 1.4
Mt s thụng s húa lý ca benzoat, m-nitrobenzoat amin v cỏc dn
sut.
Bng 2.1
Nhng cht c la chn tng hp cho nghiờn cu.
Bng 2.2
Thnh phn hoỏ hc ca cỏc mu nghiờn cu
Bng 3.1
S liu lng t ca cỏc cht nghiờn cu IK
Bng 3.2
Ph
13
C-NMR v DEPT ca 4-imetylamin-3-metyl-butan-2-on
Bng 3.3
Kt qu ph
1
H-NMR v
13
C-NMR ca 3-morpholin-4-yl-1-phenyl-
propan-1-on.
Bng 3.4

Kt qu ph
1
H-NMR v
13
C-NMR ca (1).
Bng 3.5
Kt qu ph
1
H-NMR v
13
C-NMR ca (2).
Bng 3.6
Mt s thụng s vt lý ca cỏc cht nghiờn cu
Bng 3.7
Giỏ tr th v dũng n mũn, hiu qu bo v in cc ng trong mụi
trng NaCl 3% ca cỏc cht c ch
Bng 3.8
Cỏc giỏ tr dũng n mũn ca ng xỏc nh bng pp in tr phõn cc
Bng 3.9
Giỏ tr cỏc thnh phn ca s mch in tng ng vi cht c
ch trờn ng M1
Bng3.10
Giỏ tr th v dũng n mũn, hiu qu bo v thộp CT3 ca cỏc cht c
ch trong mụi trng NaCl 3%
Bng3.11
Cỏc giỏ tr dũng n mũn ca thộp xỏc nh bng pp in tr phõn cc
Bng3.12
Giỏ tr cỏc thnh phn ca s mch in tng ng vi cht c
ch trờn thộp CT3

Bảng3.13
Kết quả xác định tốc độ ăn mòn trong quá trình thử nghiệm bằng
phương pháp khối lượng.
Bảng3.14
Tổng hợp kết quả thử nghiệm tự nhiên
Bảng3.15
Giá trị thế và dòng ăn mòn, hiệu quả bảo vệ điện cực đồng và thép
trong môi trường NaCl 3% của các chất ức chế
Bảng3.16
Phương trình hồi quy 1 yếu tố của các chất ức chế đối với đồng M1


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH

Hình 1.1
Sự hấp phụ
n
XO
4
lên bề mặt kim loại

Hình 2.1
Cấu tạo điện cực nghiên cứu
Hình 2.2
Bình đo điện hoá
Hình 3.1
Phổ
1
H-NMR của 4-đietyl amin-3-metyl-butan-2-on

Hình 3.2
Phổ
13
C-NMR của 4-đietyl amin-3-metyl-butan-2-on
Hình 3.3
Phổ MS của 3 -đimetylamin-1-phenyl-propan-1-on
Hình 3.4
Phổ
1
H NMR của 3-đimetylamin-1-phenyl-propan-1-on
Hình 3.5
Phổ
13
C NMR của 3 -đimetylamin-1-phenyl-propan-1-on
Hình 3.6
Phổ MS của 4 -đimetylamin-butan-2-on
Hình 3.7
Phổ
1
H NMR của 4 -đimetylamin-butan-2-on
Hình 3.8
Phổ
13
C NMR của 4 -đimetylamin-butan-2-on
Hình 3.9
Phổ
1
H NMR của 4-đimetyl amino-3-metyl-butan-2-on
Hình 3.10
Phổ

13
C NMR và DEPT của 4-đimetylamin-3-metyl-butan-2-on
Hình 3.11
Phổ EI-MS của 3-morpholin-4-yl-1-phenyl-propan-1-on.
Hình 3.12
Phổ
1
H-NMR của 3-morpholin-4-yl-1-phenyl-propan-1-on
Hình 3.13
Phổ
13
C-NMR; DEPT135; DEPT90 của 3-morpholin-4-yl-1-phenyl-
propan-1-on
Hình 3.14
Phổ MS của (1) và (2)
Hình 3.15
Phổ
1
H-NMR của (1) và (2)
Hình 3.16
Phổ
13
C-NMR; DEPT135; DEPT90 của (1) và (2)


Hỡnh 3.17
ng ngoi suy Tafel ca ng M1 vi cht c ch BV3 o trong
dd NaCl 3%.
Hỡnh 3.18
Hiu qu bo v n mũn Cu trong mụi trng NaCl 3%

Hỡnh 3.19
Ph Nyquist ca Cu o trong dung dch NaCl 3% khi cú cht c ch
Hỡnh 3.20
S mch in tng ng ca ng M1 vi cht c ch IK4
Hỡnh 3.21
Ph Bode ca ng M1 vi cht c ch IK4
Hỡnh 3.22
Ph Nyquist ca ng M1 vi cht c ch IK4
Hỡnh 3.23
Ph Tafel ca thộp CT3 vi cht c ch BV2
Hỡnh 3.24
Hiu qu bo v n mũn thộp CT3 trong mụi trng NaCl 3%
Hỡnh 3.25
Ph Nyquist ca CT3 o trong dung dch NaCl 3% khi cú cht c ch
Hỡnh 3.26
S mch in tng ng ca thộp CT3 vi cht c ch IK4
Hỡnh 3.27
Ph Bode ca thộp CT3 vi cht c ch IK4
Hỡnh 3.28
Ph Nyquist ca thộp CT3 vi cht c ch IK4
Hỡnh 3.29
nh tình trạng mẫu thử nghiệm IK5 sau 6 tháng.
Hỡnh 3.30
nh tình trạng mẫu thử nghiệm IK4 sau 6 tháng.
Hỡnh 3.31
nh tình trạng mẫu thử nghiệm IK3 sau 6 tháng.
Hỡnh 3.32
nh tình trạng mẫu đối chứng IK sau 6 tháng
Hỡnh 3.33
nh các cán bộ của TTNĐ Việt-Nga và Viện Hoá học các Hợp chất

thiên nhiên, kiểm tra tình trạng mẫu thử nghiệm tại sân phơi.
Hỡnh 3.34
nh mẫu thử nghiệm chế phẩm IK3 sau 14 tháng tại sân phơi
Hỡnh 3.35
nh các mẫu thử nghiệm chế phẩm IK4 sau 14 tháng.
Hỡnh 3.36
nh các mẫu thử nghiệm chế phẩm IK5 sau 14 tháng.
Hỡnh 3.37
nh các mẫu thử nghiệm đối chứng IK sau 14 tháng.
Hỡnh 3.38
S to phc gia -aminxeton vi kim loi Me (Cu v Zn)













danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t

1. CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ƯCBH
Ức chÕ bay h¬i
¦C
øc chÕ
HQBV
hiệu quả bảo vệ
TN
Thử nghiệm


2. KÝ HIỆU



P
áp suất
P
0

áp suất hơi bão hòa
T
Nhiệt độ
H
hh,
ΔH
hoá hơi

Nhiệt hoá hơi
M
Khối lượng phân tử

D
Debye
T
sôi

Nhiệt độ sôi
R
Nhóm thế
C
bv
, C
bảo vệ

Nồng độ bảo vệ
Z
Hiệu quả bảo vệ
q


Giá trị mật độ điện tích trên tâm hấp phụ
n
Số tâm hấp phụ
A
m

Diện tích bề mặt phân tử
k
x

Hằng số cân bằng hay hằng số tốc độ của chất phản

ứng có nhóm thế
k
0

Hằng số cân bằng hay hằng số tốc độ của chất phản
ứng ban đầu

Thông số đặc trưng cho mật độ điện tích ở trung tâm


phản ứng

Đặc trưng độ nhạy hiệu ứng electron của nhóm thế
C
bão hoà

Nồng độ bão hoà
D
Hệ số khuếch tán
l
bảo vệ

Bán kính bảo vệ
H
Biến thiên entanpi
S
Biến thiên entropi
G
0
hh

N¨ng l-îng Gibbs (biÕn thiªn entanpi tù do)
MO
Orbitan ph©n tö
GTO
Hàm cơ sở kiểu Gauss
STO
Hàm cơ sở kiểu Slater
IK3
4-Đietylamin- butan- 2 - on
IK4
4-Đietylamin-3-metyl-butan-2-on
IK5
3- Đietylamin- 1- phenyl- propan- 1- on
IK6
4-Morpholin-4- yl-butan-2-on
IK7
3-Morpholin-4-yl-1-phenyl-propan-1- on
IK8
3-Metyl-4-morpholin-4-yl- butan-2-on
IK11
3-Đimetyl-amino-1-phenyl-propan-1-on
IK12
4- Đimetylamin- butan- 2- on
IK13
4-Đimetylamin-3-metyl-butan-2-on
E
HOMO
E
LUMO

Năng lượng orbitan phân tử bị chiếm cao nhất
Năng lượng orbitan phân tử bị chiếm thấp nhất
d
Tỉ khối tương đối


Khối lượng riêng
Eo
Thế ổn định
i
nền

Mật độ dòng ăn mòn trong dung dung nền khi kim
loại chưa được phủ chất ức chế hữu cơ
i
ănmòn

Mật độ dòng ăn mòn khi kim loại đã được phủ một
lớp mỏng chất ức chế
WE
Điện cực nghiên cứu


CE
Điện cực phụ trợ (đối) lưới platin
RE
Điện cực so sánh calomel bão hoà
BV1, BV2, BV3, BV1-1,
BV2-1

Các chế phẩm ức chế ăn mòn
M1- M15; E1- E15; P1-
P15, A1-A15
Ký hiệu các chất mô phỏng nghiên cứu (phụ lục 1)
Me
Kim loại
K
Độ Kenvil
n
Số thí nghiệm
R
2
Hệ số tương quan
s
Sai số bình phương trung bình
U
ănmòn

Thế ăn mòn
I
ănmòn

Dòng ăn mòn
I
trans

Dòng vận chuyển electrron
1
H - NMR
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton

13
C – NMR
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cacbon 13
DEPT
Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer
EI-MS
Phổ khối lượng va chạm electron
MS
Phổ khối
IR
Phổ hồng ngoại
TLC
Sắc ký lớp mỏng

HPLC
sắc ký lỏng cao áp
R
f

tỉ số các tuyến (Ratio of fronts)
TMS
tetrametylsilan



ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

1
MỞ ĐẦU

Bảo vệ chống ăn mòn kim loại có ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân
vì thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra rất lớn. Theo một số tài liệu [9,26,68,69,95,
114,112,125], lượng kim loại bị mất đi trực tiếp do ăn mòn chiếm khoảng 10 %
tổng sản lượng kim loại sản xuất ra hàng năm; còn các thiệt hại gián tiếp như giảm
độ bền dẫn tới giảm năng suất, chất lượng của sản phẩm chiếm 1,5 đến 2 lần lượng
thiệt hại trực tiếp về trọng lượng kim loại. Đối với các nước công nghiệp phát triển,
nhất là các nước có công nghiệp dầu khí và biển thì tổng thiệt hại gây ra do ăn mòn
chiếm 4  5 % thu nhập quốc dân [95,114,124]. Chống ăn mòn kim loại còn có ý
nghĩa to lớn trong vấn đề bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên, an toàn lao động.
Vấn đề chống ăn mòn kim loại đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới và
Việt Nam quan tâm nghiên cứu. Phương pháp sử dụng các chất ức chế ăn mòn có lẽ
là phương pháp được áp dụng sớm nhất, phổ biến nhất [13,38,97,114,125] và trong
nhiều trường hợp là biện pháp không thể thay thế. Các chất ức chế được sử dụng
một cách truyền thống trong quá trình chế tạo máy móc, trong các ngành công
nghiệp, trong khai thác và chế biến dầu mỏ, khí đốt, công nghiệp quân sự, hàng
không
Ra đời sau các chất ức chế dạng tiếp xúc, các chất ức chế ăn mòn dạng bay
hơi từ lâu cũng đã khẳng định được chỗ đứng của mình nhờ những ưu việt mà chất
ức chế tiếp xúc không thể có được. Nó có tác dụng bảo vệ với tất cả các bề mặt, các
khe kẽ nhỏ trong không gian bảo vệ mà chất ức chế tiếp xúc không phủ tới được,
hiệu quả bảo vệ cao, dễ sử dụng, có thể đưa đối tượng bảo vệ ra sử dụng một cách
nhanh chóng khi cần thiết [2,15,37,97,124]. Điều này có ý nghĩa to lớn trong quân
sự khi đưa vũ khí, khí tài niêm cất vào trạng thái sẵn sàng chiến đấu.
Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về các chất ức chế bay hơi từ
các hợp chất hữu cơ như các bazơ azometin, các muối nitrobenzoatamin, amin,
aminoxeton và nhiều hợp chất khác [15,50,54,56,70,73,80,93,101,106,112]. Một số
trung tâm nghiên cứu ở nước ta như Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trung
tâm Khoa học và Công nghệ Quân sự, Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga đã bước đầu
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

2
nghiên cứu chế tạo một số chất ức chế ăn mòn dạng bay hơi và đã đạt được những
kết quả nhất định. Qua tham khảo các tài liệu chúng tôi thấy rằng các hợp chất
aminoxeton là những chất có khả năng ức chế ăn mòn rất tốt và nhiều tính chất đáp
ứng được các yêu cầu sử dụng trong thực tế [60,91,92,101, 110,112]; tuy nhiên việc
sử dụng một cách có hiệu quả chất ƯCBH nói chung và chất ƯCBH trên cơ sở các
hợp chất aminoxeton nói riêng phụ thuộc vào sự nghiên cứu và phát triển lý thuyết
về tác động của chúng. Những quy luật hoạt động chung của chất ức chế ăn mòn
kim loại thuộc lĩnh vực nghiên cứu của Hoá lý. Nhiều công trình nghiên cứu về cơ
chế bảo vệ, tác dụng ức chế, ảnh hưởng của nhóm thế, áp suất hơi và các thông số
hoá lý, cũng như tính toán lý thuyết lượng tử đến hiệu quả ức chế ăn mòn của
nhiều nhà nghiên cứu đã được công bố, nhiều quy luật đã được tìm thấy nhưng
chúng không áp dụng được cho tất cả các chất ƯC, nhiều khi chúng chỉ mở ra một
hướng nghiên cứu có triển vọng. Những công trình nghiên cứu về chất ƯCBH trên
cơ sở các hợp chất aminoxeton là rất khiêm tốn.
Quá trình lựa chọn để tổng hợp một chất ức chế ăn mòn có thể ứng dụng
thực tế là một quá trình lâu dài và phức tạp. Để rút ngắn quá trình này đồng thời để
có thể tổng hợp đúng chất ức chế có những tính chất phù hợp mục đích sử dụng thì
việc nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử với khả năng ức chế ăn mòn có ý
nghĩa hết sức quan trọng. Nhằm góp phần làm sáng tỏ thêm vấn đề đã nêu, chúng
tôi chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu tổng hợp, khảo sát cấu trúc và mối quan hệ
giữa cấu trúc với hoạt tính của một số chất ức chế ăn mòn kim loại dạng bay
hơi dãy -aminoxeton“. Nội dung của luận án tập trung vào các phần sau:
1- Nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử của các chất ức chế mô
phỏng dãy

-aminoxeton với một số thông số hoá lý liên quan đến quá trình ức
chế ăn mòn kim loại ở pha hơi bằng phương pháp tính lượng tử gần đúng.
2- Từ những định hướng của nghiên cứu tính toán lượng tử, lựa chọn
tổng hợp một số chất ức chế ăn mòn thuộc dãy


-aminoxeton và khẳng định cấu
trúc chúng thông qua các phương pháp phổ khác nhau.
3- Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn ở pha hơi của các chất tổng hợp
được bằng phương pháp điện hoá và bước đầu xem xét mối liên quan của nó với
cấu trúc.
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

3
4- Thử nghiệm tự nhiên đánh giá khả năng ức chế ăn mòn của các chế
phẩm điều chế được trên các mẫu kim loại, đặc biệt là trên vũ khí trang bị kỹ
thuật.

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG KHÍ QUYỂN
1.1.1. Sự ăn mòn kim loại trong khí quyển
Hiện tượng ăn mòn kim loại là quá trình phá huỷ chúng do các yếu tố môi
trường bên ngoài, là quá trình xảy ra trên bề mặt giới hạn giữa bề mặt kim loại và
môi trường, theo những cơ chế khác nhau: Cơ chế ăn mòn hoá học hoặc cơ chế ăn
mòn điện hoá [38,39,83,94,101,109,112]. Ăn mòn hoá học khác với ăn mòn điện
hoá ở chỗ ăn mòn hoá học là sự phá huỷ kim loại bởi phản ứng hoá học dị thể khi
bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn, khi đó kim loại bị chuyển thành
ion kim loại đi vào môi trường trong cùng một giai đoạn và xảy ra ở nhiệt độ cao;
còn đối với ăn mòn điện hoá quá trình ăn mòn thường xuyên gồm nhiều giai đoạn
và tại nhiều vị trí khác nhau trên bề mặt kim loại
Tuỳ theo môi trường ăn mòn người ta phân chia thành các loại ăn mòn như ăn
mòn trong đất, ăn mòn dưới nước ( chủ yếu là ở biển), ăn mòn trong môi trường hoá
chất và ăn mòn trong khí quyển [13,69,112]. Thực ra các sự phân loại nêu trên
cũng chỉ có tính chất tương đối. Đặc điểm quan trọng nhất để phân biệt ăn mòn khí

quyển với các loại ăn mòn khác là nó không xảy ra trong dung dịch điện ly mà xảy
ra trên các màng mỏng dung dịch điện ly nằm trên bề mặt kim loại. Dù trong môi
trường nào thì sự ăn mòn theo cơ chế điện hoá cũng là phổ biến, nó xảy ra bất kỳ
nơi nào mà tại đó kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện ly và trên bề mặt tiếp
xúc có tồn tại lớp kép. Ăn mòn điện hoá tuân theo tất cả những quy luật của điện
hoá học [39,83,94,122]. Chỉ cần một màng mỏng hơi ẩm hấp phụ lên bề mặt kim
loại khi độ ẩm tương đối lớn hơn 60% là quá trình ăn mòn điện hoá có thể xảy ra.
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

4
Khác với dung dịch chất điện li, màng mỏng trên bề mặt kim loại dễ dàng
hoà tan oxi trong không khí. Vì vậy tốc độ ăn mòn kim loại được quyết định bởi sự
khử cực oxi. Sự tham gia tích cực của oxi dẫn đến làm tăng tốc độ phản ứng catốt.
Lúc này các lớp mỏng của chất điện li dễ dàng bão hoà các sản phẩm của sự ăn
mòn, nếu sản phẩm này có tính bảo vệ thì quá trình phá huỷ kim loại sẽ bị chậm lại.
Vì vậy, động học của các phản ứng điện cực ăn mòn kim loại trong khí quyển sẽ
khác chút ít so với động học của phản ứng ăn mòn kim loại trong lòng dung dịch
chất điện li.
1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến ăn mòn kim loại trong khí quyển:
Sự ăn mòn kim loại trong khí quyền bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như
độ ẩm, thành phần của khí quyển, nhiệt độ, thời gian màng ẩm tồn tại trên bề mặt
kim loại. Rất ít trường hợp sự ăn mòn chỉ chịu ảnh hưởng của một hoặc hai yếu tố
mà đa số trường hợp sự ăn mòn chịu ảnh của tổng hợp nhiều yếu tố khác nhau
[3,58,68,90,91,102,103,107,112].
1.1.2.1. Ảnh hƣởng của độ ẩm và các thành phần của khí quyển:
Đây là hai yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới tốc độ ăn mòn kim loại [3,68,107].
Độ ẩm cùng với các thành phần các chất gây ăn mòn trong khí quyển tác động qua
lại, hỗ trợ lẫn nhau trong việc phá hủy kim loại. Độ ẩm càng cao thì khả năng ngưng
tụ nước trên bề mặt càng lớn và màng ẩm càng dày, càng dễ dàng tạo môi trường
cho phản ứng ăn mòn xảy ra. Khi tăng độ ẩm thì nói chung tốc độ ăn mòn tăng và

đặc biệt tăng nhanh khi độ ẩm lớn hơn 70
0
/
0
. Nếu trong không khí chỉ có thành phần
ẩm thì tốc độ ăn mòn cũng không đáng kể ngay cả khi độ ẩm đạt 100%, nhưng khí
quyển thường chứa các chất gây ăn mòn như các khí SO
2
, NO
2
, H
2
S, CO
2
, O
2
, Cl
-

chúng kết hợp với nhau làm tăng tốc độ ăn mòn lên gấp nhiều lần. Các khí có
tính axit trong không khí ẩm tồn tại và hấp phụ trên bề mặt kim loại ở dạng hiđrat:
(SO
2
.H
2
O, CO
2
.H
2
O ) tạo thành các dung dịch điện li làm tăng tốc độ ăn mòn theo

cơ chế điện hoá. Chỉ khi nào độ ẩm đạt đến giá trị nào đó quá trình ăn mòn mới xảy
ra.
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

5
Nồng độ oxi ảnh hưởng nhiều đến phản ứng điện cực của quá trình catôt
trong ăn mòn, tiêu thụ oxy với phản ứng: O
2
+ 2H
2
O + 4e -> 4OH
-

Vì vậy tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào nồng độ oxi hoà tan trong dung dịch, nói
chung khi tăng nồng độ oxi thì tốc độ ăn mòn tăng.
Với khí Cl
2
nó có hoạt tính ăn mòn mạnh ngay cả khi độ ẩm chỉ là 42%, khi
độ ẩm cao tốc độ ăn mòn tăng lên nhanh chóng vì Cl
2
là chất khử catốt mạnh. Ngoài
ra sự tạo thành hợp chất clorua làm cho độ ẩm tới hạn ( độ ẩm tại đó bắt đầu ăn mòn
kim loại) dịch chuyển về phía giá trị nhỏ hơn.
Đối với Fe và hợp kim của nó thì NH
3
không phải là chất gây ăn mòn, nhưng
đối với hợp kim Cu thì NH
3
lại rất nguy hiểm. Ở các thành phố, bụi cũng là một yếu
tố gây ăn mòn nghiêm trọng. Các loại bụi than, bụi oxit, muối, đất cát, ximăng, các

hợp chất hữu cơ… chúng có thể trực tiếp hay gián tiếp tác động đến kim loại do
chúng có thể hấp phụ khí ăn mòn, ẩm trong khí quyển hoặc bản thân chúng là
những chất gây ăn mòn.
1.1.2.2. Thời gian màng ẩm bám trên bề mặt kim loại và nhiệt độ.
Quá trình ăn mòn khí quyển chỉ xuất hiện trong trường hợp trên bề mặt kim
loại có màng ẩm có độ dày nhất định(10-20 lớp phân tử). Mức độ ăn mòn phụ thuộc
vào thời gian tồn tại của màng ẩm trên bề mặt kim loại (TOW), đây là thông số
quan trọng cho việc đánh giá tốc độ ăn mòn. Việc tính toán xác định thời gian tồn
tại thực tế của màng ẩm là rất phức tạp. TOW có thể được tính gần đúng một cách
đơn giản theo các giá trị trung bình của nhiệt độ và độ ẩm tương đối.
Thông thường, khi nhiệt độ tăng 10
0
C thì tốc độ phản ứng tăng lên khoảng
1,5 lần, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng ăn mòn không phải lúc nào cũng tăng,
đó là một mối quan hệ phức tạp [69,112].
Độ dày của lớp khuếch tán giảm khi nhiệt độ tăng. Vì vậy khi tăng nhiệt độ thì
dòng khuếch tán tới hạn tăng, dẫn đến tăng tốc độ ăn mòn. Nhưng khi nhiệt độ tăng
thì thời gian tiếp xúc giữa kim loại và chất điện ly giảm xuống. Nếu các hiệu ứng
xuất hiện do việc tiếp xúc lâu dài của kim loại với chất điện ly lớn hơn các hiệu ứng
xuất hiện khi tăng nhiệt độ, thì sự ăn mòn ở vùng có nhiệt độ thấp hơn có thể lớn
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

6
hơn ở các vùng có nhiệt độ cao. Ở vùng có khí hậu nhiệt đới, nhiệt độ cao kết hợp
với thời gian tiếp xúc lâu làm tăng tốc độ ăn mòn [13].
1.1.2.3. Ảnh hƣởng của vi sinh vật.
Ngoài các nguyên nhân ăn mòn kim loại, hợp kim đã nêu trên còn phải kể
đến tác nhân sinh vật, nó cũng góp phần làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại. Trước hết
và đáng xem xét nấm mốc và các vi sinh vật [13,31,69,112,124]. Các bào tử nấm
mốc có thể bám trên bề mặt kim loại ở những nơi bám bẩn các chất hữu cơ. Độ ẩm

càng cao chúng càng phát triển, nhanh chóng phá hủy các vật liệu bảo vệ như sơn,
dầu, mỡ, cao su, làm biến đổi tính chất lớp bảo vệ như thay đổi độ pH Sự axit hóa
này có thể xảy ra do sự bài tiết các axit hữu cơ trong quá trình hoạt động để sống
của nấm mốc và các loài vi sinh vật khác. Ngoài ra sự xuất hiện các loại nấm mốc
vi sinh vật trên bề mặt vật phẩm làm cho chúng bị nhiễm ẩm thêm cũng tạo thêm
điều kiện cho quá trình ăn mòn phát triển nhanh hơn. Qua thử nghiệm người ta thấy
rằng ngưỡng ẩm thích hợp phát triển của mốc là độ ẩm tương đối môi trường lớn
hơn 70%. Độ ẩm càng cao mốc phát triển càng nhanh và đặc biệt nhanh khi độ ẩm
tương đối lớn hơn 90%. Đa số các loại mốc ngừng phát triển và sinh sản khi độ ẩm
tương đối của môi trường nhỏ hơn 65%; về phương diện nhiệt độ, mốc thích nghi
và phát triển nhanh trong khoảng nhiệt độ 2035
0
C.
1.1.3. Đặc điểm khí hậu Việt nam với sự ăn mòn và bảo vệ kim loại bằng
chất ức chế bay hơi.
Việt nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, nhiệt độ cao và thường
xuyên biến động; có mưa nhiều, có gió Lào khô và nóng, dông bão thường xuyên,
bờ biển dài dẫn đến ảnh hưởng của hơi nước biển lớn. Môi trường có độ nhiễm bẩn
các khí độc hại cao, yếu tố nhiệt đới phù hợp với sự phát triển của các loại vi sinh
vật. Qua tổng kết theo dõi nhiều năm của các trạm khảo sát khí hậu cho ta thấy diễn
biến ở 3 vùng Bắc, Trung, Nam điển hình như sau [2,13,69]:
- Đặc điểm khí hậu miền Bắc: Khí hậu nóng, độ ẩm cao (trên 85%), biên độ
dao động nhiệt độ lớn (20-30
0
C); mưa nhiều (1500-2000mm/năm), bão thường
xuyên. Vùng khu 4 cũ có gió Lào khô và nóng.
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

7
- Đặc điểm khí hậu miền Trung, Nam trung bộ: Mùa lụt gió bão muộn, bị

ảnh hưởng của gió Lào. Mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 8, rét từ tháng 11 đến tháng
3. Nhiệt độ cao nhất là 40
0
C (tháng 6-7). Lượng mưa từ 2.000mm đến
2.500mm/năm. Độ ẩm tương đối thường xuyên trên 80%.
- Đặc điểm khí hậu vùng Tây Nguyên: độ ẩm tương đối của không khí
thường xuyên trên 80%, vùng rừng núi còn cao hơn, mùa mưa từ tháng 4 đến tháng
9 hầu như trên 90%. Lượng mưa từ 1800mm đến 2500mm/năm. Nhiệt độ cao nhất
3536
0
C vào tháng 4.
- Đặc điểm khí hậu Nam bộ: Độ ẩm tương đối môi trường từ 70 đến 90%.
Nhiệt độ cao nhất từ 3638
0
C. Lượng mưa trung bình 1.5002.000mm/năm.
Nhiệt độ trung bình năm của cả nước khoảng 25
0
C. Nhiệt độ trung bình tăng
dần từ Bắc vào Nam. Độ ẩm luôn cao, độ ẩm trung bình khoảng 82%. Trong 1 năm
có khoảng 2/3 số ngày có độ ẩm lớn hơn 80%. Vì gần biển, trong khí quyển chứa
nhiều hơi muối. Do đặc điểm khí hậu, địa hình như vậy cùng với biên độ dao động
nhiệt độ trong một ngày khá lớn ( 6-10
0
C) nước luôn luôn ngưng tụ và bay hơi, cho
nên tốc độ ăn mòn kim loại, nhất là ở miền Bắc rất cao [26,69,82,95,114].
Tác động thường xuyên của nắng, nóng, mưa, nhiệt độ cao và đặc biệt độ ẩm
tương đối của môi trường lớn làm tăng tốc độ ăn mòn, lão hoá và phá huỷ sinh học.
Các thiết bị máy móc, trang bị kỹ thuật, vật liệu hư hỏng, xuống cấp nhanh chóng.
Đặc điểm khí hậu nhiệt đới ẩm của nước ta cũng ảnh hưởng rất nhiều tới các
chất ức chế bảo vệ kim loại. Các chất ức chế tiếp xúc nhanh chóng mất tác dụng do

bị phân huỷ dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm, vi sinh vật. Lớp mỡ bảo quản không
đảm bảo độ dày cần thiết do nhiệt độ cao làm chảy nhão, khô cứng, mất khả năng
bám dính Đối với chất ức chế bay hơi do đặc thù bảo quản trong không gian kín
nên cần quan tâm tới độ bền của các vật liệu bao gói, vật liệu làm kín cũng như ảnh
hưởng của quá trình trao đổi nhiệt, trao đổi khối. Với biến thiên nhiệt độ lớn, quá
trình bốc hơi và ngưng tụ xảy ra liên tục, do đó dẫn tới áp suất hơi nghĩa là nồng độ
của chất ức chế thay đổi theo làm cho có thời điểm hoặc vùng cục bộ trong không
gian bảo vệ không đạt được nồng độ bảo vệ tối thiểu dễ gây khơi mào ăn mòn. Độ
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

8
bền, độ thẩm thấu của vật liệu bao gói ảnh hưởng rất lớn tới sự xâm nhập của hơi
nước và các chất độc hại vào trong thể tích bảo vệ cũng như làm thất thoát hơi chất
ức chế. Các vật liệu như màng polyme, màng phức hợp thường dùng bao gói bảo vệ
nhanh chóng bị lão hoá dưới tác động của các yếu tố khí hậu nhiệt đới. Thời hạn
bảo vệ của chất ức chế bay hơi phụ thuộc vào độ bền vững của các vật liệu bao gói
này tức là không gian bảo vệ càng kín thời hạn bảo vệ càng dài, vì vậy cần tránh
những tác động của các yếu tố khí hậu làm giảm độ bền của vật liệu bao gói và làm
tăng các quá trình trao đổi, nhất là trao đổi khối.

1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN:
Các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại có tác dụng nâng cao tuổi thọ
của các công trình,các thiết bị, giảm thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân. Có rất nhiều
phương pháp khác nhau để bảo vệ kim loại. Có thể chia thành các phương pháp
chính như sau [9,13,39,81,112]:
1.2.1. Phương pháp hợp kim hóa: Người ta tạo ra hợp kim giữa kim loại cần
sử dụng như sắt với một hoặc nhiều nguyên tố kim loại khác như crom, niken,
molipđen, titan…hoặc các kim loại có khả năng tạo lớp sản phẩm ăn mòn; Lớp này
có khả năng bảo vệ chống sự ăn mòn tiếp theo, ví dụ cho kẽm vào đồng để tạo ra
hợp kim đồng thau.

1.2.2. Phương pháp phủ lớp bảo vệ bằng các lớp phủ kim loại hoặc phi kim:
Kim loại cần được bảo vệ được phủ bằng các lớp phủ kim loại, phi kim hoặc phủ
lên bề mặt kim loại một lớp chất polime bền, trơ có tác dụng bảo vệ. Ví dụ mạ
niken, mạ crom, tráng kẽm, sơn Phương pháp này trong nhiều trường hợp còn
nâng cao độ bền mài mòn đồng thời có tác dụng trang trí.
1.2.3. Bảo vệ điện hoá chống ăn mòn kim loại: Phương pháp bảo vệ điện hoá
ngày nay được sử dụng rộng rãi để chống lại ăn mòn kim loại trong các điều kiện
khí hậu khác nhau. Nguyên tắc của phương pháp là thực hiện sự phân cực điện hoá
sao cho dòng ăn mòn giảm đến giá trị nhỏ nhất trong môi trường ăn mòn. Người ta
chia ra làm hai loại bảo vệ điện hoá: Bảo vệ anốt và bảo vệ catốt. Phương pháp này
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

9
được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp tàu biển, bảo vệ các giàn khoan, các cấu
kiện bằng thép lớn…
1.2.4. Phương pháp xử lý môi trường ăn mòn: Việc xử lí môi trường làm
giảm yếu tố gây ra sự ăn mòn chỉ được thực hiện khi thể tích cần bảo vệ nhỏ hoặc
điều kiện công nghệ cho phép, đây là một trong những biện pháp bảo vệ rất hiệu
quả. Có thể xử lý môi trường bằng cách:
- Giảm hàm lượng chất khử phân cực có mặt trong môi trường ăn mòn. Các chất
khử phân cực như oxi, SO
2
, hơi axit …làm tăng tốc độ ăn mòn do vậy cần loại
chúng ra khỏi thể tích cần bảo vệ bằng các phương pháp khác nhau phù hợp với đối
tượng bảo vệ như duy trì độ ẩm thích hợp, trung hoà môi trường axit, đuổi khí oxi,
loại các khí gây ăn mòn bằng chất hấp phụ, dùng khí trơ thổi vào thể tích cần bảo
vệ, thay đổi pH môi trường…
- Sử dụng chất ức chế ăn mòn: phần này được trình bày kỹ hơn ở mục 1.3 và
1.4.
1.3. CÁC CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN.

Các chất ức chế ăn mòn có thể là hữu cơ hoặc vô cơ, chúng là những chất chỉ
cần một lượng nhỏ ( từ 10
-2
– 10
-6
mol/l ) cho vào môi trường ăn mòn có tác dụng
làm giảm tốc độ ăn mòn một cách đáng kể hoặc ngừng hẳn. Về cơ bản các chất ức
chế là các hợp chất ion hay phân tử. Chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại nhờ lực
Van der Waals hay lực hoá học và mở đầu cho quá trình ức chế ăn mòn. Có thể chia
chất ức chế ra làm 3 loại:
Chất ức chế anốt: là loại chất khi cho vào môi trường ăn mòn có tác dụng làm
giảm tốc độ hoà tan anốt, nghĩa là làm tăng quá thế quá trình hoà tan anốt.
Chất ức chế catốt là loại chất cho vào môi trường ăn mòn có tác dụng làm
giảm quá trình catốt, nghĩa là làm tăng quá thế catốt.
Chất ức chế anốt-catốt là chất ức chế có tác dụng kìm hãm cả hai quá trình
anốt và catốt.
Bằng các cách phân loại khác người ta có thể chia thành các loại như chất ức
chế vô cơ, chất ức chế hữu cơ, chất ức chế tiếp xúc, chất ức chế bay hơi, chất ức chế
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

10
trong môi trường axit hoặc kiềm, chất ức chế cho kim loại đen hoặc màu, cho cả
kim loại đen và màu…
1.3.1. Bản chất của sự bảo vệ kim loại bằng chất ức chế.
Hiện nay cơ chế tác động của chất ức chế vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau. Ở
đây chúng tôi trình bày những quan điểm chung và cơ bản nhất.
1.3.1.1. Tác dụng của sự hấp phụ chất ức chế trên bề mặt kim loại
[83,94,109]:
Giai đoạn đầu tiên của quá trình ức chế ăn mòn là quá trình hấp phụ. Tuy
nhiên sự hấp phụ của chất ức chế còn phụ thuộc vào bản chất, cấu trúc của kim loại

cần bảo vệ. Lượng các chất ức chế hấp phụ lên kim loại thường không lớn. Nhiều
tác giả nghiên cứu đã chỉ ra rằng chỉ với việc hấp phụ lên 10-15% diện tích bề mặt
kim loại bằng chất ức chế, tác dụng chống ăn mòn đã thể hiện rõ rệt. Điều kiện cần
là phải tạo được liên kết bền giữa chất ức chế và kim loại sao cho chất ức chế được
hấp phụ thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt kim loại cần bảo vệ. Trong một số
trường hợp có thể tạo thành lớp kép. Theo sự tăng của mức độ lấp đầy bề mặt kim
loại bằng chất ức chế thì tác dụng ức chế tăng lên. Các phân tử chất ức chế hấp phụ
hoá học không thuận nghịch có hiệu quả tác dụng ức chế thường cao hơn so với hấp
phụ vật lý. Khả năng hấp phụ hoá học của các kim loại phụ thuộc vào khả năng cho
nhận electron của kim loại, khả năng này càng lớn thì sự tạo phức với các chất có
obitan trống càng dễ dàng. Nó còn phụ thuộc vào độ linh động của nguyên tử trên
bề mặt kim loại, vào mức độ hoàn thiện của mạng tinh thể tức là phụ thuộc vào
nhiệt độ nóng chảy và năng lượng tự do riêng của bề mặt kim loại.
1.3.1.2. Tác dụng của chất ức chế lên phản ứng điện cực [39,83,112 ]:
Các chất ức chế ăn mòn khi được hấp phụ lên bề mặt kim loại làm thay đổi
động học của phản ứng điện cực. Các loại chất ức chế dù là chất ức chế anốt hay
catốt hoặc hỗn hợp anốt-catốt đều dẫn tới quá trình làm giảm sự ăn mòn do sự hấp
phụ của chúng lên bề mặt kim loại và tác động lên động học quá trình ăn mòn. Tức
là trong thành phần của các chất ức chế phải có các nhóm chức có khả năng hấp phụ
trên bề mặt kim loại và làm thay đổi động học quá trình điện hoá.
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

11
1.3. 2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tác dụng bảo vệ của chất ức chế:
1.3.2.1. Ảnh hưởng của bản chất kim loại [ 9,63,69,88,112,113].
Nếu kim loại có khả năng nhận electron càng lớn thì khả năng hấp phụ lên
kim loại của các chất ức chế có cặp electron tự do càng dễ dàng. Nếu tính linh động
của nguyên tử kim loại trên bề mặt lớn hay tần số dao động của các nguyên tử trên
bề mặt càng lớn (nhiệt độ nóng chảy càng thấp) thì các hợp chất hoá học (chất ức
chế) càng khó bị hấp phụ trên bề mặt và tác dụng bảo vệ của chất ức chế càng kém.

Thực tế các kim loại nhẹ với nhiệt độ nóng chảy thấp rất dễ bị ăn mòn. Kim loại
trong khí quyển được phủ một lớp màng oxit, trong nhiều trường hợp các chất ức
chế làm tăng bề dày và hoàn thiện lớp màng này. Tính chất của lớp màng có ảnh
hưởng đáng kể đến sự ăn mòn. Các kim loại có lớp màng oxit bền trong nước dễ
chuyển sang trạng thái thụ động bằng các chất ức chế, các kim loại có lớp màng oxit
không bền trong nước khó chuyển sang trạng thái thụ động bằng các chất ức chế
hơn.
1.3.2.2. Ảnh hưởng của bản chất chất ức chế [57,74,80,90,99,100].
Sự có mặt các cặp electron tự do trong chất ức chế sẽ tạo điều kiện cho các
liên kết hình thành giữa chất ức chế với kim loại, do đó các hợp chất có nhiều cặp
electron tự do thì khả năng liên kết với bề mặt kim loại cũng tăng lên. Kích thước
và cấu trúc của chất ức chế quyết định khả năng hấp phụ cũng như diện tích hấp phụ
và do đó ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ. Ví dụ: Xét phân tử dạng
n
XO
4
tính chất
bảo vệ được quyết định bởi sự phân bố electron trong các liên kết X - O, khi hấp
phụ
n
XO
4
liên kết với bề mặt kim loại qua nguyên tử oxi theo sơ đồ sau:
Me
O
O
CrO
2
O
O

CrO
2
I
II
Me
O
O
SO
2
O
O
SO
2
I
II

Hình 1.1: Sự hấp phụ
n
XO
4
lên bề mặt kim loại.

ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

12
Trong ion
2
4
CrO
thì liên kết Cr - O là liên kết cộng hoá trị phân cực. Ion kim

loại
n
Me
đi từ lớp I sang lớp II rất khó, khi đến lớp I nó kết hợp với O của ion
n
CrO
4
để tạo thành màng oxit thụ động. Còn ion
2
4
SO
vì S là phi kim nên ít phân
cực hơn, ở vùng ion trung tâm gần như trung hoà về điện, do đó các ion
n
Me
đi từ
lớp I sang lớp II dễ dàng hơn, điều này giải thích tại sao các ion
2
4
XO
có cấu trúc
và nhiều tính chất tương tự nhau nhưng tác dụng bảo vệ lại khác nhau.
2
4
TeO
và
2
4
CrO
là những chất ức chế ăn mòn tốt còn

2
4
SO
lại làm tăng tốc độ ăn mòn kim
loại.
1.3.2.3. Ảnh hưởng của các ion có hại [112,121,124].
Trong khí quyển, nước hấp phụ lên bề mặt kim loại không phải là nước tinh
khiết mà thường chứa nhiều các chất và ion có hại như CO
2
, NO
2
, Cl
-
, SO
4
2-
,
HCO
3
-
, H
2
SO
3
Vì thế tác động của các chất ức chế lên kim loại xảy ra trong điều
kiện cạnh tranh giữa chúng vơí các ion độc hại trong môi trường. Quá trình bảo vệ
chỉ xảy ra khi khả năng hấp phụ của chất ức chế lớn hơn khả năng hấp phụ của các
ion khác, tức là chất ức chế có thể đẩy các ion khác ra khỏi bề mặt kim loại. Vì vậy
tỉ lệ giữa nồng độ chất ức chế và chất độc hại đóng vai trò quan trọng trong việc bảo
vệ kim loại khỏi ăn mòn.

1.4. CÁC CHẤT ỨC CHẾ BAY HƠI.
1.4.1. Lĩnh vực sử dụng các chất ức chế bay hơi.
Dựa vào đặc điểm trạng thái khi sử dụng, người ta chia các chất ức chế ăn
mòn kim loại thành 2 loại:
- Các chất ức chế tiếp xúc.
- Các chất ức chế bay hơi.
Các chất ức chế tiếp xúc là những chất chỉ có tác dụng bảo vệ khi người ta
đưa chúng trực tiếp lên bề mặt kim loại như dầu, mỡ
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

13
Các chất ức chế bay hơi là những chất ức chế ăn mòn có khả năng bay hơi
lớn ở điều kiện nhiệt độ thường, hấp thụ lên bề mặt kim loại nhờ khả năng tạo liên
kết (vật lý hoặc hoá học), dẫn tới ức chế quá trình ăn mòn [54,110].
Các chất ức chế bay hơi mới được sử dụng đầu tiên từ những năm 20 của thế
kỷ 20 cho các ống khói và thiết bị phát điện hơi nước là amoniac và một số amin
thấp. Chúng chỉ được sử dụng rộng rãi khoảng mấy chục năm gần đây, các nghiên
cứu ban đầu phần lớn tập trung cho việc bảo vệ các kim loại đen. Hiện nay các chất
ức chế bay hơi có tác dụng bảo vệ kim loại màu và cho cả kim loại đen và màu cũng
đã được điều chế [80].
Các chất ức chế bay hơi hiện nay được xem là chất bảo vệ đa năng hiệu quả,
đặc biệt ở nước ta việc niêm cất, bảo quản các trang thiết bị kỹ thuật quân sự bằng
chất ức chế bay hơi được xem như là chất bảo vệ thế hệ mới.
Sự ra đời của chất ức chế bay hơi đã đáp ứng được những yêu cầu cấp thiết
xuất phát từ thực tế. Chất ƯCBH được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực có
liên quan tới kim loại. Với ưu điểm dễ sử dụng, giá thành rẻ, không đòi hỏi vật tư,
thiết bị phức tạp trong quá trình bảo quản, thời gian bảo quản dài (có thể tới 10 - 12
năm) đối với cả kim loại đen và kim loại màu do đó nó dành được thị phần xứng
đáng. Một ưu điểm rất quan trọng là khả năng đưa đối tượng bảo quản ra sử dụng

nhanh chóng, thuận tiện nên trước hết nó được dùng rộng rãi trong bảo quản, niêm
cất vũ khí trang bị kỹ thuật quân sự do đặc thù sẵn sàng chiến đấu. Tuy nhiên việc
sử dụng chất ức chế bay hơi chỉ có tác dụng trong thể tích kín hoặc tương đối kín,
nên nó chỉ có tác dụng đối với những chi tiết thiết bị, dụng cụ nhỏ có khả năng bao
kín bằng hòm hộp kim loại, phi kim, các màng polyme hoặc những phần thiết bị,
phương tiện, khí tài có khả năng làm kín được như bề mặt trong của các đường ống
dẫn, nòng pháo, khoang khí tài, thùng đựng nhiên liệu
Chất ức chế bay hơi được sử dụng rộng rãi trong việc bảo quản hệ thống ống
dẫn của các nhà máy hoá chất, lọc dầu, đường ống dẫn dầu, khí ga trong quá trình
xây dựng hoặc thời gian ngừng hoạt động. Các chi tiết kim loại, linh kiện điện tử,
kim loại dạng bột, hạt cũng được bảo quản bằng chất ức chế bay hơi sau khi chế tạo.
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

14
Các chất ức chế bay hơi tuỳ theo đối tượng bảo vệ được đưa lên các chất
mang khác nhau. Dạng sử dụng phổ biến là tẩm chất ức chế lên giấy. Chúng cũng
có thể được tẩm lên vải, silicagen hoặc các chất mang khác. Một dạng mới là các
chất ức chế được đưa vào các polyme. Chất ức chế bay hơi cũng được sử dụng ở
dạng dung dịch bằng cách thổi chúng vào các đường ống: với đối tượng loại này
việc sử dụng chất ức chế bay hơi là lựa chọn duy nhất.
1.4.2. Mối quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa với một số thông số hóa lý
của chất ƢCBH [50,53,57,73,104,112].
Các chất ức chế bay hơi khác nhau có những đặc điểm, tính chất khác nhau
nhưng một tính chất quan trọng liên quan đến khả năng bảo vệ kim loại của chúng
là áp suất hơi bão hoà. Việc nghiên cứu mối quan hệ giữa áp suất hơi bão hoà với
một số thông số hoá lý như momen lưỡng cực, nhiệt độ sôi, khối lượng phân tử,
nhiệt hoá hơi… được nhiều nhà khoa học quan tâm [52,57,66,96,112]. Điều này
giúp cho việc lựa chọn chất ức chế, xác định các yêu cầu sử dụng đạt hiệu quả cao
nhất.
Xử lý các số liệu đo áp suất hơi bão hòa của một số chất ức chế bay hơi ở

nhiệt độ khác nhau bằng đồ thị logP - 1/T kết quả nhận được thể hiện rõ trên đường
thẳng của đồ thị. Điều này cho phép thiết lập các phương trình để tính áp suất hơi
bão hòa của chất ƯCBH đối với nhiệt độ đã cho. Ở bảng 1.1 có giới thiệu một số
phương trình dành cho một vài chất ức chế bay hơi.
Bảng 1.1. Phương trình tuyến tính miêu tả sự phụ thuộc của áp suất hơi
bão hòa (P
0
) của một số dẫn xuất amin vào nhiệt độ [112 ].
Chất ức chế
Phƣơng trình phụ thuộc P
0

vào 1/T
Nhiệt hoá hơi H
hh

(kcal/mol)
Benzoat metylamin
logP
0
=-4831,5/T + 12,8652
22,0
Benzoat etylamin
logP
0
=-4098,4/T + 10,6737
18,9
Benzoat đietylamin
logP
0

=-5775,2/T + 15,6763
26,4
Benzoat xiclohecxilamin
logP
0
=-5219,2/T + 13,0961
24,0
Benzoat dixiclohecxilamin
logP
0
=-4795,6/T + 10,8299
22,0
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

15
m-nitrobenzoat etylamin
logP
0
=-6050,2/T + 14,2277
-
m-nitrobenzoat dietylamin
logP
0
=-5668,2/T + 13,2269
25,9

Đường biểu diễn của phương trình Clapeyron- Clausius về sự phụ thuộc của
logarít áp suất hơi bão hòa vào giá trị nghịch đảo của nhiệt độ cho phép ứng dụng
để tính nhiệt hoá hơi trong vùng nhiệt độ đã cho.
logP

0
= -H
hh
/4,575T + B hay logP
0
= - A/T + B. (1.1)
Trong đó: A và B là những hằng số. Những kết quả về nhiệt hoá hơi của chất
ƯCBH được giới thiệu trong bảng 1.1. Nghiên cứu sự phụ thuộc của áp suất hơi bão
hòa của chất ƯCBH vào khối lượng phân tử đã chỉ ra rõ, đối với các chất được tạo
nên từ cùng một gốc, ở cùng nhiệt độ, khi khối lượng phân tử tăng lên thì áp suất
hơi bão hòa giảm đi (bảng 1.2).
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng quan hệ áp suất hơi bão hòa vào khối lượng
phân tử trong đồ thị logP- M là tuyến tính.



Bảng 1.2. Áp suất hơi bão hòa phụ thuộc vào khối lượng phân tử của các
chất ở 21 và 40
0
C [112].
Tt
Tên chất
Công thức
hóa học
Khối
lƣợng
phân tử
Điểm
sôi của
amin,

0
C
Nhiệt
độ,
0
C
áp suất
(P
o
)
mmHg
1
Nitrit n-butylamin
C
14
H
12
O
2
N
2

120
63
21
0,00383
2
Nitrit morpholin
C
4

H
10
O
2
N
3
134
121
21
0,003
3
Nitrit
xiclohecxilamin
C
6
H
14
O
2
N
2
146
134
21
0,00268
4
Nitrit
đixiclohecxilamin
C
12

H
14
O
2
N
2
218
255
21
0,001
ĐHQG Hà Nội-Đại học Khoa học Tự nhiên-Luận án tiến sĩ hoá học-NCS Trịnh Cương

16
5
Benzoat etylamin
C
9
H
13
O
2
N
167
16,6
40
0,334.10
-2

6
Benzoat đietylamin

C
11
H
17
O
2
N
195
55,5
40
0,233.10
-2

7
Benzoat
xiclohecxilamin
C
13
H
19
O
2
N
221,3
134
40
0,3.10
-3

8

Benzoat
hecxymetilenimin
C
13
H
19
O
2
N
221,3
138
40
0,865.10
-3

9
Benzoat
đixiclohecxilamin
C
19
H
29
O
2
N
303,5
255
40
0,838.10
-4

10
m-nitrobenzoat
metylamin
C
8
H
10
O
4
N
2
201
6,32
40
0,425.10
-3

11
m-nitrobenzoat
đietylamin
C
11
H
16
O
4
N
2
240,2
55,5

40
0,195.10
-4

12
m-nitrobenzoat
hecxametylenimin
C
13
H
18
O
4
N
2
266,3
138
40
0,135.10
-5


Trong các muối của amin với axit khi thay một amin bằng amin khác áp suất
hơi bão hòa của chất ức chế chỉ phụ thuộc vào điểm sôi của amin có trong thành
phần muối và có thể biểu diễn bằng đường thẳng ở những nhiệt độ khác nhau. Từ
đây có thể chọn các amin với điểm sôi xác định để tổng hợp chất ức chế bay hơi với
áp suất hơi đã định. Đường thẳng liên hệ áp suất hơi bão hòa vào điểm sôi của amin
có trong thành phần của chúng chứng minh rằng khi thay đổi một amin thành amin
khác bản chất mối liên kết trong phân tử không bị thay đổi.
So sánh áp suất hơi bão hòa của chất được tạo ra của một amin với các axít

khác nhau thấy rằng cường độ áp suất hơi bão hòa thường thay đổi nhiều hơn so với
thay đổi khối lượng phân tử muối. Chẳng hạn khối lượng phân tử của benzoat amin
nhỏ hơn 46 đơn vị so với khối lượng phân tử m-nitrobenzoat, còn áp suất hơi bão
hòa của chúng tăng lên khoảng 100 lần (bảng 1.2). Sự thay đổi đột ngột áp suất hơi
bão hòa khi đổi từ benzoat sang nitro benzoat gắn với việc khi thay đổi gốc axít này