(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu được các ảnh hưởng về khả năng ức chế ăn mòn thép của 1-phenyl-2- thiourea và 1,3-diisopropyl-2-thiourea trong môi trường HCl 1,0 M

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
-----oOo-----

ĐINH QUÝ HƢƠNG

NGHIÊN CỨU CÁC CHẤT CHỐNG OXY HÓA, ỨC CHẾ
ĂN MÕN KIM LOẠI BẰNG TÍNH TOÁN HÓA LƢỢNG TỬ
KẾT HỢP VỚI THỰC NGHIỆM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HUẾ, NĂM 2020


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
-----oOo-----

ĐINH QUÝ HƢƠNG

NGHIÊN CỨU CÁC CHẤT CHỐNG OXY HÓA, ỨC CHẾ
ĂN MÕN KIM LOẠI BẰNG TÍNH TOÁN HÓA LƢỢNG TỬ
KẾT HỢP VỚI THỰC NGHIỆM

Ngành: HÓA VÔ CƠ
Mã số: 9440113

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Trần Dƣơng

2. PGS. TS. Phạm Cẩm Nam

HUẾ, NĂM 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu
và kết quả nghiên cứu đƣa ra trong luận án là trung thực, đƣợc các đồng tác
giả cho phép sử dụng và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình
nào khác.

Tác giả

Đinh Quý Hƣơng

i


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trần Dƣơng và PGS.TS.
Phạm Cẩm Nam, những ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn
thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm,
khoa Hoá học- trƣờng Đại học Sƣ phạm, phòng Sau đại học-trƣờng Đại học
Sƣ phạm, Đại học Huế đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
học tập và thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Minh Thông, phân hiệu Đại
học Đà Nẵng tại Kon Tum, Đại học Đà Nẵng; TS. Nguyễn Khoa Hiền, viện
nghiên cứu khoa học miền Trung; TS. Trƣơng Thị Thảo, trƣờng Đại học Thái
Nguyên; TS. Võ Văn Quân, trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật, Đại học Đà

Nẵng, NCS. Mai Văn Bảy, trƣờng đại học Sƣ phạm, Đại học Đà Nẵng đã tận
tình giúp đỡ tôi thực hiện luận án này.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động
viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.
Tác giả

Đinh Quý Hƣơng

ii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ABTS•+

2,2-azino-bis(3-ethylbenzotiazoline-6-sulfonate)

ABTS

2,2-azino-bis(3-ethylbenzotiazoline-6-sulfonic acid)

AO

Atomic Orbital: Obitan nguyên tử

AIM

Atoms in molecules: Nguyên tử trong phân tử.

B3LYP

Phƣơng pháp phiếm hàm mật độ 3 thông số của Becke

BDE

Bond dissociation enthalpy: Năng lƣợng phân ly liên kết

CPE

Phần tử hằng số để thay thế điện dung lớp điện kép (Cdl)

DFT

Density functional theory: Lý thuyết phiếm hàm mật độ

DPPH•

2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl

EA

Electron Affinity: Ái lực electron

EIS

Electrochemical impedance spectroscopy: Phổ tổng trở điện hóa

ETE

Electron transfer enthalpy: Năng lƣợng trao đổi electron

HAT

Hydrogen atom transfer: Cơ chế chuyển nguyên tử hydro

HOMO

Highest occupied molecular orbital: Obitan bị chiếm cao nhất

IC50

Nồng độ ức chế 50 % lƣợng gốc tự do trong dung dịch

IE

Ionization energy: Năng lƣợng ion hóa

IEFPCM

Integral Equation Formalism Polarizable Continuum Model: Mô
hình phân cực liên tục sử dụng phƣơng trình tích phân

Inter1

Intermediate 1: Chất trung gian 1

Inter2

Intermediate 2: Chất trung gian 2

IRC

Intrinsic Reaction Coordinate: Tọa độ phản ứng nội

ITU

1,3-diisopropyl-2-thiourea

LUMO

Lowest unoccupied molecular orbital: Obitan không bị chiếm
thấp nhất

M05-2X

Phƣơng pháp Minnesota

MO

Molecular Orbital: Obitan phân tử

iii


ONIOM

Our own N-layered Integrated molecular Orbital and molecular
Mechanics: Phƣơng pháp tích hợp cơ học phân tử và obitan phân
tử với N lớp

PA

Proton affinity: Ái lực proton

PCM

Polarized Continuum Model: Mô hình phân cực liên tục

PDE

Proton dissociation enthalpy: Năng lƣợng phân ly proton

PDP

Potentiodynamic polarization: Sự phân cực thế động

PES

Potential Energy Surface: Bề mặt thế năng

PTU

1-phenyl-2-thiourea

PSeU

1-phenyl-2-selenourea

RE

Reference electrode: Điện cực so sánh

ROS

Reactive Oxygen Species: Tác nhân phản ứng chứa oxy

SCRF

Self Consistent Reaction Field: Trƣờng phản ứng tự hợp

SEM

Scanning electron microscope: Kính hiển vi điện tử quét

SET

Single electron transfer: Cơ chế chuyển electron

SETPT

Single electron transfer followed by proton transfer: Cơ chế
chuyển proton chuyển electron

SPLET

Sequential proton loss electron transfer: Cơ chế chuyển electron
chuyển proton

STOs

Slater type obitans: Các obitan Slater

TCE

Thermal Correction to Enthalpy: Hiệu chỉnh năng lƣợng dao
động nhiệt đối với entanpi

TCGFE

Thermal Correction to Gibbs Free Energy: Hiệu chỉnh năng
lƣợng dao động nhiệt đối với năng lƣợng tự do Gibbs

TS

Transition state: Trạng thái chuyển tiếp

UV-Vis

Ultraviolet–visible: Tử ngoại-khả kiến

WE

Working electrode: Điện cực làm việc

ZPE

Zero Point Energy: Năng lƣợng điểm không

iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
βa

Độ dốc đoạn thẳng Tafel đối với quá trình anốt

βc

Độ dốc đoạn thẳng Tafel đối với quá trình catốt

βH

Độ dốc đoạn thẳng Tafel đối với quá trình catốt thoát khí hydro

βMe

Độ dốc đoạn thẳng Tafel đối với quá trình anốt hòa tan kim loại

ε

Hệ số hấp thụ

η

Độ cứng toàn phần

θ

Độ che phủ bề mặt

κ(T)

Hệ số hiệu chỉnh đƣờng ngầm

λ

Năng lƣợng tái tổ chức hạt nhân

μ

Thế hóa học

µD

Moment lƣỡng cực

ρ(r)

Giá trị của mật độ electron

σ

Số đối xứng phản ứng

σp+

Hằng số thế Hammett hiệu chỉnh

χ

Độ âm điện

Ψ(x,t)

Hàm sóng

ω

Tần số góc

Γi

Phần trăm lƣợng tƣơng đối của sản phẩm

ΔEET

Hiệu năng lƣợng đoạn nhiệt giữa các chất tham gia phản ứng và sản
phẩm tạo thành

∆Er

Hàng rào năng lƣợng
Năng lƣợng tự do của quá trình hấp phụ

∆Gphản ứng

Năng lƣợng tự do Gibbs của phản ứng

ΔG≠

Năng lƣợng tự do Gibbs hoạt hóa

Năng lƣợng tự do hoạt hóa trao đổi electron
Năng lƣợng tự do của phản ứng trao đổi electron

v


Entanpi hấp phụ tiêu chuẩn
∆Hphản ứng

Biến thiên năng lƣợng của phản ứng

ΔHrot

Sự đóng góp quay đối với entanpi

ΔHtrans

Sự đóng góp tịnh tiến đối với entanpi

ΔHvib

Sự đóng góp dao động đối với entanpi

ΔN

Giá trị trao đổi electron giữa kim loại và chất ức chế ăn mòn
Entropy hấp phụ tiêu chuẩn

2(ρ(r))

Giá trị Laplacian của mật độ electron

ħ

Hằng số Plank thu gọn

A

Độ hấp thụ

Ac

Mật độ quang của mẫu trắng chứa DPPH•

As

Mật độ quang của mẫu khảo sát chứa DPPH•

Ac'

Mật độ quang của mẫu trắng chứa ABTS•+

As'

Mật độ quang của mẫu khảo sát chứa ABTS•+

C

Nồng độ

Cdl

Điện dung lớp kép

d

Bề dày lớp dung dịch

E

Năng lƣợng của hệ

EA

Ái lực electron

Ebinding

Năng lƣợng liên kết

Ecorr

Thế ăn mòn

Eelec

Tổng năng lƣợng electron của hệ ở 0 K

EHB

Năng lƣợng tƣơng tác giữa hai nguyên tử

EHOMO

Năng lƣợng obitan bị chiếm cao nhất

Einhibitor

Năng lƣợng chất ức chế

Einteraction

Năng lƣợng tƣơng tác

ELUMO

Năng lƣợng obitan không bị chiếm thấp nhất

vi


Esurface+solution

Năng lƣợng tổng của bề mặt Fe(110) và dung dịch khi không có
chất ức chế

Etotal

Năng lƣợng tổng của toàn bộ hệ thống

f

Tần số

G(r)

Mật độ năng lƣợng động hóa

h

Hằng số Planck

H%

Hiệu suất ức chế ăn mòn

H(r)

Mật độ năng lƣợng

icorr

Mật độ dòng ăn mòn khi không có chất ức chế

IE

Năng lƣợng ion hóa thứ nhất

iinh

Mật độ dòng ăn mòn khi có chất ức chế

j

Đơn vị ảo

k

hằng số tốc độ phản ứng

Kads

Hằng số cân bằng của quá trình hấp phụ

kB
kHAT

Hằng số Boltzmann
Tốc độ phản ứng xảy ra theo cơ chế chuyển nguyên tử hydro

kSET

Tốc độ phản ứng xảy ra theo cơ chế chuyển electron

kRAF

Tốc độ phản ứng xảy ra theo cơ chế phản ứng cộng

m

Khối lƣợng hạt

n

Hệ số nén

q

Điện tích của nguyên tử

R

Hằng số khí (R =8,314 J.mol1K1)

R2

Hệ số xác định

Rct

Điện trở chuyển điện tích khi không có mặt chất ức chế

Rct(inh)

Điện trở chuyển điện tích khi có mặt chất ức chế

Rp

Điện trở phân cực

Rs

Điện trở dung dịch

S

Độ mềm toàn phần

vii


SAABTS %

Hiệu suất bắt gốc ABTS•+

SADPPH %

Hiệu suất bắt gốc DPPH•

T

Nhiệt độ (K)

V(r)

Mật độ năng lƣợng thế năng

V(x,t)

Hàm thế năng của hệ

W

Tổng trở khuếch tán

Yo

Giá trị của CPE

ZCPE

Tổng trở của CPE

Zf
Zim

Tổng trở Faraday
Tổng trở của phần thực

ZRE

Tổng trở của phần ảo

viii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT..................................................................... iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU...................................................................................v
MỤC LỤC .................................................................................................................ix
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................ xv
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ............................................................ 4
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI ...........................................................4
1.1.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại ..........................................................................4
1.1.2. Phân loại quá trình ăn mòn kim loại .................................................................4
1.1.2.1. Ăn mòn hóa học ............................................................................................. 4
1.1.2.2. Ăn mòn điện hóa ............................................................................................ 5
1.1.3. Tác hại của ăn mòn kim loại .............................................................................6
1.1.4. Sự ăn mòn thép ..................................................................................................6
1.1.4.1. Khái niệm thép ............................................................................................... 6
1.1.4.2. Phân loại thép .................................................................................................6
1.1.4.3. Tính chất chung của thép ...............................................................................7
1.1.4.4. Sự ăn mòn thép cacbon và thép hợp kim .......................................................7
1.1.5. Các phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại ........................................................8
1.1.6. Chất ức chế ăn mòn ...........................................................................................9
1.1.6.1. Khái niệm .......................................................................................................9
1.1.6.2. Phân loại chất ức chế theo cơ chế ..................................................................9
1.1.7. Cơ chế hoạt động của chất ức chế ăn mòn kim loại........................................11
1.1.8. Yêu cầu về chất ức chế ăn mòn kim loại ........................................................12
1.1.9. Phạm vi sử dụng chất ức chế ăn mòn .............................................................. 13
1.1.10. Tình hình nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn kim loại .........................13
1.1.10.1. Nghiên cứu trong nƣớc ..............................................................................13
1.1.10.2. Nghiên cứu ngoài nƣớc ..............................................................................14

ix

1.2. TỔNG QUAN VỀ CHẤT CHỐNG OXY HÓA ...............................................16
1.2.1. Giới thiệu về chất chống oxy hóa ...................................................................16
1.2.2. Cơ chế chống oxy hóa .....................................................................................17
1.2.3. Tình hình nghiên cứu các hợp chất chống oxy hóa ........................................19
1.2.3.1. Nghiên cứu trong nƣớc.................................................................................19
1.2.3.2. Nghiên cứu ngoài nƣớc ................................................................................20
1.3. TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................22
1.3.1. Phƣơng pháp thực nghiệm nghiên cứu về hoạt động ức chế ăn mòn kim loại ....22
1.3.1.1. Phƣơng pháp đo đƣờng phân cực (PDP)......................................................22
1.3.1.2. Phƣơng pháp đo tổng trở điện hóa (EIS) .....................................................27
1.3.1.3. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................29
1.3.2. Phƣơng pháp thực nghiệm nghiên cứu về hoạt động chống oxy hóa .............31
1.3.2.1. Phƣơng pháp 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH•) ................................ 31
1.3.2.2. Phƣơng pháp cation gốc tự do 2,2’-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6sulfonate) (ABTS•+)...................................................................................................32
1.3.2.3. Phổ hấp phụ phân tử UV-Vis .......................................................................33
1.3.3. Phƣơng pháp tính toán hóa lƣợng tử ............................................................... 34
1.3.3.1. Cơ sở phƣơng pháp ......................................................................................34
1.3.3.2. Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) ............................................................ 34
1.3.3.3. Bộ hàm cơ sở ................................................................................................ 36
1.3.4. Các phần mềm tính toán ..................................................................................37
1.3.4.1. Phần mềm Gaussian 09W ............................................................................37
1.3.4.2. Phần mềm Gaussview 5 ...............................................................................38
1.3.4.3. Phần mềm Materials Studio 8.0 ...................................................................38
1.3.4.4. Phần mềm AIM2000 ....................................................................................39
1.3.4.5. Phần mềm Eyringpy .....................................................................................39
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................41
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................41
2.2.1. Hóa chất ..........................................................................................................41
2.2.2. Thực nghiệm phƣơng pháp đo đƣờng cong phân cực (PDP).......................... 42

2.2.3. Thực nghiệm phƣơng pháp phổ tổng trở (EIS) ...............................................44
2.2.4. Thực nghiệm phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .........................45
2.2.5. Thực nghiệm phƣơng pháp 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH•) .............45
x


2.2.6. Thực nghiệm phƣơng pháp cation gốc tự do 2,2’-azinobis(3ethylbenzothiazoline-6-sulfonate) (ABTS•+) ............................................................ 46
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ..............................................47
2.3.1. Áp dụng tính toán lƣợng tử để nghiên cứu về các chất ức chế ăn mòn kim loại .... 47
2.3.1.1. Mật độ điện tích Mulliken ............................................................................47
2.3.1.2. Obitan phân tử và năng lƣợng obitan phân tử ..............................................47
2.3.1.3. Thế hóa học và độ âm điện ..........................................................................48
2.3.1.4. Độ cứng toàn phần và độ mềm toàn phần ....................................................48
2.3.1.5. Tỷ số electron trao đổi giữa kim loại và chất ức chế ăn mòn ......................49
2.3.1.6. Moment lƣỡng cực .......................................................................................50
2.3.1.7. Mô phỏng Monte Carlo và mô phỏng động lực học phân tử .......................50
2.3.2. Áp dụng tính toán lƣợng tử để nghiên cứu về các chất chống oxy hóa ..........51
2.3.2.1. Tối ƣu hóa cấu trúc (geometry optimization)...............................................51
2.3.2.2. Xác định trạng thái chuyển tiếp và tính hàng rào năng lƣợng .....................51
2.3.2.3. Năng lƣợng điểm đơn (single point energy) ................................................52
2.3.2.4. Mô hình phân cực liên tục sử dụng phƣơng trình tích phân ........................53
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................54
3.1. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CỦA CÁC DẪN XUẤT
THIOUREA ..............................................................................................................54
3.1.1. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép của PTU và ITU trong dung dịch axit
HCl 1,0 M..................................................................................................................54
3.1.1.1. Ảnh hƣởng của nồng độ chất ức chế đến khả năng ức chế ăn mòn thép .....54
3.1.1.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất ức chế ăn mòn thép ........................60
3.1.1.3. Các đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ và các thông số nhiệt động học ..................61
3.1.3. So sánh khả năng ức chế ăn mòn kim loại của PTU với urotropine trong môi

trƣờng axit và môi trƣờng muối ................................................................................67
3.1.4. Phân tích ảnh hƣởng của cấu trúc phân tử và môi trƣờng đến khả năng ức chế
ăn mòn thép của các dẫn xuất thiourea .....................................................................69
3.1.4.1. Ảnh hƣởng của cấu trúc phân tử chất ức chế đến hiệu suất ức chế ăn mòn thép ... 69
3.1.4.2. Ảnh hƣởng của môi trƣờng đến khả năng ức chế ăn mòn thép của các dẫn
xuất thiourea ..............................................................................................................70
3.1.5. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép của PTU và urotropine bằng tính toán
hóa lƣợng tử ..............................................................................................................72
xi


3.1.5.1. Cấu trúc tối ƣu, thông số hóa lƣợng tử của PTU và urotropine ở dạng trung hòa . 72
3.1.5.2. Mô phỏng Monte Carlo ................................................................................75
3.1.6. Cơ chế ức chế ăn mòn thép của các dẫn xuất thiourea trong các môi trƣờng
khác nhau...................................................................................................................77
3.2. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC DẪN XUẤT
THIOUREA ..............................................................................................................78
3.2.1. Khảo sát khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất thiourea bằng phƣơng
pháp DPPH• ...............................................................................................................78
3.2.2. Khảo sát khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất thiourea bằng phƣơng
pháp cation gốc tự do ABTS•+...................................................................................81
3.2.3. Khảo sát khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất thiourea bằng tính toán
hóa lƣợng tử ..............................................................................................................83
3.2.3.1. Đánh giá tính chính xác của phƣơng pháp tính năng lƣợng phân ly liên kết ở
mức lý thuyết ROB3LYP/6311++G(2df,2p)//B3LYP/6311G(d,p). .....................83
3.2.3.2. Đánh giá khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất thiourea theo cơ chế
HAT và SET ..............................................................................................................85
3.2.4. So sánh khả năng chống oxy hóa của 1-phenyl-2-thiourea và 1-phenyl-2selenourea ..................................................................................................................86
3.2.5. Cơ chế chuyển nguyên tử hydro (HAT).......................................................... 87
3.2.5.1. Cơ chế chuyển electron, chuyển proton (SET-PT) ......................................88

3.2.5.2. Cơ chế chuyển proton, chuyển electron (SPLET) .......................................88
3.2.6. Khảo sát khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất selenourea .....................89
3.2.6.1. Ảnh hƣởng của các nhóm thế ở vị trí para đến các giá trị IE và BDE(N12H13) 90
3.2.6.2. Khả năng dập tắt gốc tự do HOO• của các dẫn xuất selenourea ..................92
3.3. THIẾT KẾ CÁC HỢP CHẤT CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM
LOẠI VÀ CÓ KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA ...................................................95
3.3.1. Tính toán các thông số ức chế ăn mòn kim loại ..............................................96
3.3.2. Tính toán các đại lƣợng đặc trƣng cho chất chống oxy hóa .........................101
KẾT LUẬN CHÍNH .............................................................................................109
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

xii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Các thông số phân cực của thép trong dung dịch HCl 1,0 M với các
nồng độ khác nhau của PTU và ITU ở 20, 30, 45, 60 oC ......................56
Bảng 3.2. Các thông số phổ tổng trở của quá trình ăn mòn thép trong dung dịch
HCl 1,0 M khi không có và khi có mặt chất ức chế ở 30 oC. ................59
Bảng 3.3.

Các tham số hồi quy tuyến tính giữa C/θ và C trong dung dịch HCl 1,0 M 64

Bảng 3.4. Các giá trị

,

của quá trình hấp phụ PTU và ITU

và

trong dung dịch HCl 1,0 M ...................................................................65
Bảng 3.5. Thông số phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5 % ở các nồng độ
khác nhau của PTU ................................................................................67
Bảng 3.6. Thông số phân cực của thép trong dung dịch HCl 1,0 M và trong NaCl
3,5 % khi có Urotropine 5.103 M .........................................................69
Bảng 3.7. Mật độ điện tích Mulliken của PTU và Urotropine .............................. 73
Bảng 3.8. Các thông số hóa lƣợng tử của các chất ức chế trong pha khí ở
B3LYP/6-311G(d,p) ..............................................................................74
Bảng 3.9.

Các kết quả thu đƣợc từ sự mô phỏng Monte Carlo trên bề mặt Fe(110). .. 76

Bảng 3.10. Năng lƣợng phân ly của liên kết (NH) và (CH) trong một số các hợp
chất đƣợc tính ở mức lý thuyết ROB3LYP/6311++G(2df,2p) ...........84
Bảng 3.11. Giá trị BDE của các liên kết và IE trong pha khí và trong ethanol tại
ROB3LYP/6311++G(2df,2p)//B3LYP/6311G(d,p) .........................86
Bảng 3.12. Các thông số nhiệt động học của các hợp chất nghiên cứu trong pha khí
và

trong

ethanol

tại

ROB3LYP/6311++G(2df,2p)//B3LYP/

6311G(d,p) .......................................................................................... 87
Bảng 3.13. Hằng số thế Hammett hiệu chỉnh và các giá trị BDE và IE của các dẫn
xuất selenourea đã tính ở mức ROB3LYP/6311++G(2df,2p)//
B3LYP/6311G(d,p). ..................................................................................90
Bảng 3.14. Các thông số hóa lƣợng tử của các chất ức chế trong pha khí và trong
dung môi axit ở B3LYP/6311G(d,p) ...................................................96
xiii


Bảng 3.15. Các giá trị năng lƣợng (kcal.mol 1) thu đƣợc từ sự mô phỏng động lực
học phân tử các phân tử chất ức chế trên bề mặt Fe(110) trong dung
dịch HCl 1,0 M ................................................................................ 100
Bảng 3.16. Các thông số nhiệt động học của CH3OPSeU trong pha khí và trong
ethanol tại ROB3LYP/6311++G(2df,2p)//B3LYP/6311G(d,p) .....101
Bảng 3.17. Giá trị năng lƣợng tự do Gibbs hoạt hóa (ΔG≠), hằng số tốc độ (k)
của phản ứng giữa CH 3OPSeU và HOO• theo cơ chế HAT ở
M052X/6311++G(d,p) ............................................................. 103
Bảng 3.18. Giá trị entanpi, năng lƣợng tự do Gibbs và hằng số tốc độ của các
phản ứng cho, nhận electron giữa CH 3OPSeU và HOO• tính ở
M052X/6-311++G(d,p) .............................................................. 105
Bảng 3.19. Giá trị năng lƣợng tự do Gibbs hoạt hóa (ΔG≠), hằng số tốc độ (k) trong
pha khí theo cơ chế RAF ở 298,15 K ..................................................106
Bảng 3.20. Các thông số tại các điểm tới hạn trong tƣơng tác nội phân tử của trạng
thái chuyển tiếp đƣợc hình thành CH3OPSeU và HOO• ...................108

xiv


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1.

Sơ đồ thiết bị đo đƣờng phân cực (Galvanostatic) ............................... 23

Hình 1.2.

Đƣờng phân cực i-f(E). Nhánh anốt 1,2; Nhánh catốt 1’,2’ .................24

Hình 1.3.

Đƣờng cong phân cực của kim loại Me trong môi trƣờng axit ............24

Hình 1.4.

Sơ đồ đo đƣờng phân cực theo phƣơng pháp thế tĩnh .......................... 25

Hình 1.5.

Đƣờng cong phân cực ΔE-f(i) .............................................................. 26

Hình 1.6.

Mối liên hệ giữa phần thực và phần ảo của tổng trở ............................ 28

Hình 1.7.

Mạch tƣơng đƣơng ứng với hệ điện hóa bị khống chế bởi chuyển
điện tích. ............................................................................................... 29

Hình 1.8.

Mạch tƣơng đƣơng với hệ điện hóa có khả năng phân cực do điện trở
dung dịch, điện dung lớp kép, quá trình chuyển điện tích và quá trình
khuếch tán. ............................................................................................ 29

Hình 1.9.

Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM ..........................................30

Hình 1.10. Cơ chế phản ứng của chất chống oxy hóa và DPPH• ........................... 31
Hình 1.11. Cơ chế phản ứng của chất chống oxy hóa và ABTS•+. ........................32
Hình 1.12. Sơ đồ mô phỏng máy quang phổ UV-Vis ............................................33
Hình 2.1.

Máy đo đƣờng cong phân cực .............................................................. 42

Hình 2.2.

Điện cực làm việc đƣợc chuẩn bị .........................................................42

Hình 2.3.

Mô hình IEFPCM (scrf =iefpcm) .........................................................53

Hình 3.1.

Đƣờng cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1,0 M với các
nồng độ khác nhau của (a) PTU và (b) ITU trong 1 giờ ở 30 oC .........55

Hình 3.2.

Giản đồ Nyquist của quá trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1,0 M
với các nồng độ khác nhau của (a) PTU và (b) ITU ở 30 oC ...............58

Hình 3.3.

Mô hình mạch tƣơng đƣơng của phổ tổng trở ......................................59

Hình 3.4.

Mối quan hệ giữa nồng độ của (a) PTU và (b) ITU với hiệu suất ức chế
của chúng ở các nhiệt độ khác nhau .....................................................61

Hình 3.5.

Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Temkin của (a) PTU và (b) ITU trong dung
dịch HCl 1,0 M .....................................................................................62

Hình 3.6.

Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của (a) PTU và (b) ITU trong
dung dịch HCl 1,0 M ............................................................................63
xv


Hình 3.7.

Đƣờng thẳng biểu điễn mối quan hệ giữa lnKads và 1/T của PTU và
ITU trong dung dịch HCl 1,0 M ........................................................... 64

Hình 3.8.

Đƣờng cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5 % ở các nồng
độ khác nhau của PTU ở 30 oC ............................................................ 66

Hình 3.9.

Đƣờng cong phân cực của thép (a) trong dung dịch HCl 1,0 M và (b)
trong dung dịch NaCl 3,5 % với sự có mặt của PTU và Urotropine ở
cùng nồng độ 5.103 M .........................................................................68

Hình 3.10. So sánh hiệu suất ức chế của PTU trong dung dịch HCl 1,0 M
và NaCl 3,5 %.......................................................................................70
Hình 3.11. Hình ảnh SEM của bề mặt thép sau khi ngâm 24 giờ (a) trƣớc khi ăn mòn,
(b) trong dung dịch HCl 1,0 M, (c) trong HCl 1,0 M + PTU 5.103 M, (d)
trong NaCl 3,5 %, (e) trong NaCl 3,5 % + PTU 5.103 M ........................71
Hình 3.12. Cơ chế hấp phụ của PTU bị proton hóa ...............................................72
Hình 3.13. Cấu trúc phân tử đƣợc tối ƣu hóa của (a) PTU và (b) Urotropine .......72
Hình 3.14. HOMO và LUMO của PTU và Urotropine ..........................................74
Hình 3.15. Mặt thẳng đứng và mặt bên của sự hấp phụ các chất ức chế trên bề mặt
Fe(110) thông qua sự mô phỏng Monte Carlo: (a) PTU; (b) Urotropine ... 76
Hình 3.16. Phổ tử ngoại-khả kiến của DPPH• và (a) ITU; (b) PTU .......................80
Hình 3.17. Hiệu suất bắt gốc DPPH• của (a) ITU và (b) PTU ở các nồng độ
khác nhau .............................................................................................. 80
Hình 3.18. Cơ chế đƣợc đề xuất cho phản ứng giữa PTU và DPPH•.....................80
Hình 3.19. Phổ tử ngoại-khả kiến của ABTS•+ với (a) ITU và (b) PTU ................82
Hình 3.20. Hiệu suất bắt gốc ABTS•+ của (a) ITU và (b) PTU ở các nồng độ
khác nhau .............................................................................................. 83
Hình 3.21. Cấu trúc tối ƣu hóa của ITU ở B3LYP/6311G(d,p) ........................... 85
Hình 3.22. Công thức chung của các dẫn xuất selenourea thế ở vị trí C4 .............89
Hình 3.23. Mối quan hệ giữa hằng số Hammett hiệu chỉnh với (a) giá trị IE và (b)

BDE(N12H13) của các dẫn xuất selenourea ......................................91
Hình 3.24. Bề mặt thế năng của phản ứng giữa PSeU và gốc HOO• .....................93
Hình 3.25. Bề mặt thế năng của phản ứng giữa các dẫn xuất selenourea
và gốc HOO• ................................................................................. 94
xvi


Hình 3.26. Cấu trúc của CH3OPSeU ....................................................................96
Hình 3.27. Cấu trúc hình học của các dạng proton hóa của PTU và CH3OPSeU...... 98
Hình 3.28. Cấu hình hấp phụ của (a) pPTU-S18 và (b) pCH3OPSeUSe18 trên
bề mặt Fe(110) trong dung dịch HCl 1,0 M .........................................99
Hình 3.29. HOMO và LUMO của CH3OPSeU và pCH3OPSeUSe18 ..........100
Hình 3.30. Bề mặt thế năng của phản ứng giữa CH3OPSeU và gốc HOO• đƣợc
tính bằng phƣơng pháp ROB3LYP/6311++G(2df,2p)//B3LYP/
6311G(d,p) và M052X/6311++G(d,p) ........................................102
Hình 3.31. Các tọa độ phản ứng nội của phản ứng giữa CH3OPSeU và HOO•
theo cơ chế HAT.................................................................................104
Hình 3.32.

Bề mặt thế năng của phản ứng cộng (RAF) giữa CH3OPSeU và HOO• . 106

Hình 3.33. Dạng hình học của trạng thái chuyển tiếp đƣợc hình thành bởi
CH3OPSeU khi tiếp cận với HOO• ..................................................107

xvii


ĐẶT VẤN ĐỀ
Cấu trúc phân tử của một hợp chất sẽ quyết định các tính chất hóa học của hợp
chất đó. Các chất có chứa các dị tố nhƣ N, O, S và vòng benzen trong phân tử thƣờng

đƣợc sử dụng nhƣ là các chất ức chế ăn mòn kim loại [11, 28, 44, 101]. Các dị tố này
có mật độ electron cao, khuynh hƣớng dễ cho electron tới bề mặt kim loại, giúp cho
các hợp chất này hấp phụ trên bề mặt kim loại dễ dàng hơn. Bên cạnh đó sự có mặt
của vòng benzen trong phân tử cũng là một yếu tố quan trọng, nó làm tăng tƣơng
tác tĩnh điện giữa các chất ức chế và bề mặt kim loại [77], giúp tăng cƣờng khả
năng ức chế ăn mòn kim loại trong một thời gian dài.
Trong khi đó, những hợp chất có năng lƣợng phân ly liên kết N-H, O-H, S-H
và năng lƣợng ion hóa thấp thƣờng có khả năng chống oxy hóa cao [67]. Chất chống
oxy hóa thƣờng gặp là các dẫn xuất của phenol, anilin, thiophenol, hydroquinone,
aminophenol… [40]. Các chất chống oxy hóa dập tắt các gốc tự do bằng cách cho
electron hoặc nguyên tử hydro. Nhờ vậy, chúng có thể ngăn chặn và phá vỡ chuỗi
lan truyền sự oxy hóa [115].
Hiện nay, việc nghiên cứu các chất ức chế ăn mòn kim loại và chất chống oxy
hóa đang rất đƣợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Bởi vì sự lão hóa vật liệu và
quá trình ăn mòn kim loại đều là những vấn đề gây ra những tác hại nghiêm trọng.
Chúng liên quan đến việc phá hủy, gây biến dạng, hƣ hỏng vật liệu trong xây dựng, dẫn
đến những thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân.
Đối với lĩnh vực ăn mòn, nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng để chống ăn mòn
kim loại nhƣ thiết kế vật liệu tránh ăn mòn, lựa chọn vật liệu phù hợp với từng môi
trƣờng, bảo vệ bề mặt bằng chất phủ, phƣơng pháp điện hóa..., trong đó dùng chất ức
chế ăn mòn kim loại là cách tốn chi phí thấp nhƣng cho hiệu quả khá cao [87]. Các chất
ức chế hoạt động bằng cách tự hấp phụ để tạo thành một lớp màng trên bề mặt kim
loại. Chúng làm giảm quá trình ăn mòn bằng cách tăng sự phân cực anốt hoặc catốt,
giảm sự di chuyển hoặc khuếch tán của các ion lên bề mặt kim loại, tăng điện trở của
bề mặt kim loại… [141]. Các phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm nhƣ phƣơng pháp
đo đƣờng cong phân cực, phƣơng pháp phổ tổng trở, phƣơng pháp kính hiển vi điện tử
quét đƣợc đánh giá là có độ chính xác cao trong nghiên cứu về ăn mòn kim loại.
1

Về phƣơng diện chống oxy hóa, việc sử dụng các chất chống oxy hóa hay các
dẫn xuất của nó trong các lĩnh vực thực phẩm, y học, công nghiệp cũng là những vấn
đề cần đƣợc nghiên cứu một cách hệ thống và khoa học nhằm định hƣớng cho việc
phát triển các thế hệ chất chống oxy hóa mới. Khả năng chống oxy hóa của một hợp
chất nhất định có thể đƣợc đánh giá bởi nhiều cơ chế khác nhau nhƣ: cơ chế chuyển
nguyên tử hydro (HAT), cơ chế chuyển electron, chuyển proton (SETPT) và cơ chế
chuyển proton chuyển electron (SPLET)… [82, 90, 130]. Về mặt nghiên cứu thực
nghiệm, hai phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi để xác định hoạt tính chống oxy hóa
của các hợp chất là phƣơng pháp 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl và phƣơng pháp
cation gốc tự do 2,2’-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate) [24]. Đây là các
phƣơng pháp không chỉ nhanh chóng, đơn giản và rẻ tiền mà còn cung cấp thông tin
trực tiếp về khả năng chống oxy hóa tổng thể của hệ nghiên cứu [49, 63].
Mặc dù trên thế giới có rất nhiều các nghiên cứu về chất ức chế ăn mòn kim
loại và chất chống oxy hóa. Tuy nhiên việc nghiên cứu kết hợp các hợp chất vừa có
khả năng ức chế ăn mòn kim loại vừa có khả năng chống oxy hóa vẫn chƣa đƣợc đề
cập đến. Hơn nữa, sự kết hợp giữa phƣơng pháp thực nghiệm và phƣơng pháp tính
toán hóa lý thuyết trong nghiên cứu khoa học là cần thiết. Đây cũng là một trong
những hƣớng nghiên cứu thu hút sự quan tâm không chỉ của các nhà khoa học trong
nƣớc mà còn trên thế giới.
Với những phân tích khoa học trên đây, “Nghiên cứu các chất chống oxy
hóa, ức chế ăn mòn kim loại bằng tính toán hóa lƣợng tử kết hợp với thực
nghiệm” đƣợc chọn làm đề tài nghiên cứu trong luận án này.
Nhiệm vụ của luận án
-

Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép của các dẫn xuất thiourea bằng tính
toán hóa lƣợng tử kết hợp với các phƣơng pháp thực nghiệm

-

Nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất thiourea và dẫn xuất
selenourea bằng tính toán hóa lƣợng tử kết hợp với phƣơng pháp thực nghiệm

-

Đề xuất các hợp chất vừa có khả năng chống oxy hóa vừa có khả năng ức chế
ăn mòn thép bằng tính toán hóa lƣợng tử.

2


Những đóng góp mới của luận án
Luận án đã thu đƣợc một số kết quả mới nhƣ sau:
-

1-phenyl-2-thiourea có khả năng ức chế ăn mòn thép tốt hơn 1,3-diisopropyl2-thiourea trong môi trƣờng HCl 1,0 M với hiệu suất đạt 92,00 % ở 20 oC,
94,05 % ở 30 oC, 96,95 % ở 45 oC và 98,96 % ở 60 oC ở nồng độ 5.103 M.

-

Khả năng ức chế ăn mòn thép của 1-phenyl-2-thiourea tốt hơn urotropine
trong cả môi trƣờng HCl 1,0 M và NaCl 3,5 % khi xét ở cùng điều kiện nồng
độ và nhiệt độ.

-

Khả năng ức chế ăn mòn thép của 1-phenyl-2-thiourea trong môi trƣờng axit
tốt hơn trong môi trƣờng muối.

-

1-phenyl-2-thiourea có khả năng bắt gốc tự do DPPH• và ABTS•+ tốt hơn 1,3diisopropyl-2-thiourea trong môi trƣờng ethanol. Kết quả này cũng phù hợp
với các tính toán hóa lƣợng tử.

-

1-phenyl-2-selenourea thể hiện khả năng chống oxy hóa tốt hơn 1-phenyl2-thiourea. Trong các dẫn xuất của selenourea, các dẫn xuất chứa nhóm
đẩy electron cho khả năng chống oxy hóa tốt hơn các dẫn xuất chứa nhóm
hút electron.

-

1-(4-methoxyphenyl)-2-selenourea đƣợc lựa chọn là chất vừa có khả năng ức
chế ăn mòn thép vừa có khả năng chống oxy hóa tốt trong các hợp chất
nghiên cứu.

Cấu trúc của luận án
Luận án đƣợc bố cục nhƣ sau:
- Đặt vấn đề
- Chƣơng 1: Tổng quan lý thuyết
- Chƣơng 2: Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
- Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
- Kết luận chính của luận án
- Các công trình đã công bố liên quan đến luận án
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1. TỔNG QUAN VỀ ĂN MÕN KIM LOẠI
1.1.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học
hoặc điện hóa của kim loại với môi trƣờng xung quanh. Kết quả là kim loại sẽ bị
oxy hóa thành các ion dƣơng và sẽ mất đi những tính chất kim loại [2].
Ăn mòn là một hiện tƣợng rất phổ biến của kim loại. Vấn đề ăn mòn xuất hiện
trong tất cả lĩnh vực của công nghệ, nó gây ra những hậu quả nghiêm trọng nhƣ làm
hƣ hại các thiết bị, giảm hiệu suất của máy móc, gây ô nhiễm các sản phẩm thực
phẩm… Thậm chí ăn mòn còn gây ra những tai họa rất lớn khi sự ăn mòn xảy ra đối
với các lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa, các thiết bị tự động. Không chỉ có
vậy, ăn mòn còn thƣờng là trở ngại trong việc tung ra những sản phẩm mới thuộc
lĩnh vực công nghệ cao và trong các lĩnh vực cơ khí chính xác do hậu quả chúng
gây ra không thể lƣờng trƣớc đƣợc. Trong nhiều trƣờng hợp, ăn mòn có thể trở
thành những yếu tố ngăn cản sự thành công của các công nghệ mới nhiều hứa hẹn.
Có thể nói, ăn mòn gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn cả về trực tiếp lẫn gián
tiếp. Những thiệt hại gián tiếp là không thể tính đƣợc, thƣờng lớn hơn nhiều so với
thiệt hại trực tiếp.
1.1.2. Phân loại quá trình ăn mòn kim loại
Dựa vào điều kiện, ngƣời ta có thể phân loại ăn mòn theo nhiều cách khác nhau
nhƣ phân loại ăn mòn ở nhiệt độ cao và ở nhiệt độ thấp, phân loại ăn mòn khô và ăn
mòn ƣớt. Trong luận án này, chúng tôi phân loại ăn mòn theo cơ chế phản ứng và sự ăn
mòn kim loại đƣợc chia làm hai loại chính là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
1.1.2.1. Ăn mòn hóa học
Ăn mòn hóa học là sự phá hủy kim loại do kim loại phản ứng hóa học với chất
khí hoặc hơi nƣớc ở nhiệt độ cao.
Đặc điểm của ăn mòn hóa học là không phát sinh dòng điện (không có các
điện cực) và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh. Sự ăn mòn hóa học

4

thƣờng xảy ra ở các thiết bị của lò đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong hoặc các
thiết bị tiếp xúc với hơi nƣớc ở nhiệt độ cao. Kim loại đƣợc nung ở nhiệt độ cao
trong môi trƣờng chứa chất xâm thực nhƣ : S2, O2, Cl2,…
Bản chất của ăn mòn hóa học là quá trình oxy hóa khử, trong đó các electron
của kim loại đƣợc chuyển trực tiếp sang môi trƣờng tác dụng.
1.1.2.2. Ăn mòn điện hóa
Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do chúng tiếp xúc với
dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. Ăn mòn điện hóa là quá trình xảy ra rất
phổ biến nhƣ phần vỏ tàu biển chìm trong nƣớc, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim
loại tiếp xúc với không khí ẩm.
Các điều kiện ăn mòn điện hóa :
- Các điện cực phải khác về bản chất: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp
kim loại–phi kim (C), cặp kim loại–hợp chất hóa học (Fe3C). Trong đó, kim loại có
tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm.
- Các điện cực phải tiếp xúc nhau (hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn).
- Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện li.
Cơ chế ăn mòn điện hóa.
Sự ăn mòn điện hóa của kim loại gồm 3 quá trình cơ bản:
- Ở điện cực anốt: xảy ra quá trình oxy hóa điện hóa, trong đó kim loại chuyển
vào dung dịch dƣới dạng cation Mm+ và giải phóng electron theo phƣơng trình:
M  Mm+ + me

(1.1)

- Ở điện cực catốt: xảy ra quá trình khử điện hóa, trong đó chất oxy hóa nhận
electron do kim loại bị ăn mòn nhƣờng electron.
X + ne  Xn(1.2)
Quá trình dẫn điện: Các electron do các kim loại bị ăn mòn giải phóng sẽ di
chuyển từ anốt đến catốt, còn các ion di chuyển trong dung dịch. Nhƣ vậy, khi quá

trình ăn mòn kim loại xảy ra, đồng thời có sự xuất hiện dòng điện giữa hai điện cực,
vùng kim loại bị hòa tan đóng vai trò cực dƣơng (+) anốt, vùng kia đóng vai trò cực
âm () catốt.

5


1.1.3. Tác hại của ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại gây ra rất nhiều thiệt hại cho nền kinh tế. Mỗi năm các nƣớc
phát triển phải bỏ ra hàng tỷ USD do thiệt hại trực tiếp từ ăn mòn vật liệu. Con số
này ngày càng tăng qua các năm.
Theo thống kê của Tổ chức ăn mòn thế giới, thiệt hại do ăn mòn năm 2016
chiếm khoảng 3,4 % tổng thu nhập quốc dân của thế giới tƣơng đƣơng với khoảng
2,5 ngàn tỷ USD (chƣa kể đến ảnh hƣởng môi trƣờng, tai nạn v.v...). Theo báo cáo
của hiệp hội các quốc gia về chống ăn mòn, thiệt hại do ăn mòn ở Mỹ năm 1998 là
276 tỷ USD, năm 2013 là hơn 1 nghìn tỷ USD, năm 2016 ƣớc tính khoảng 1,1
nghìn tỉ USD, chiếm khoảng 6,2% GDP của Mỹ, cao hơn thu nhập từ nền nông
nghiệp. Ở Liên Xô, tổng giá trị thiệt hại do ăn mòn kim loại hằng năm cũng lên tới
4-5 tỉ rúp, tƣơng đƣơng 3-5 % GDP [2].
Các con số trên chỉ cho biết thiệt hại trực tiếp do ăn mòn vật liệu. Thiệt hại
kinh tế gián tiếp còn lớn hơn nhiều nhƣ:
- Nhà máy phải ngừng sản xuất.
- Thùng chứa bị ăn mòn gây rò rỉ sản phẩm, ô nhiễm môi trƣờng, mất an toàn
vận hành.
- Giảm hiệu suất làm việc của thiết bị.
- Gây khó khăn trong việc thiết kế thiết bị do chƣa lƣờng hết đƣợc tác hại của
ăn mòn.
1.1.4. Sự ăn mòn thép
1.1.4.1. Khái niệm thép
Thép là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác nhƣ Si, Mn, P, S,

Cr, Ni, Mo, Mg, Cu... Hàm lƣợng cacbon trong thép nhỏ hơn 2,14 % [6].
1.1.4.2. Phân loại thép
Tùy theo thành phần hóa học của các nguyên tố trong thép mà ngƣời ta phân chia
thép thành hai nhóm là thép cacbon và thép hợp kim. Trong đó:
- Thép cacbon: ngoài sắt và cacbon thì còn một số nguyên tố khác gọi là các tạp
chất trong thành phần của thép nhƣ: Mn, Si, P, S…

6