走进海边的小镇，很容易看到大门铰链或自行车链条变得格外通红。新买的铁椅子淋过几场雨后，表面也会开始泛出褐色的斑痕。看似坚硬的金属遇到空气和水，慢慢变成另一种物质，这种现象就是“腐蚀（Corrosion）”。
简单来说，腐蚀是指“金属与周围环境发生化学反应，失去原有性质而损坏的过程”。我们常说的铁锈是铁被腐蚀后的产物，铜、铝等其他金属也会以各自的方式发生腐蚀。
本文将依次介绍铁生锈的原理、不同金属相遇时出现的问题、历史上的案例以及防止腐蚀的方法。
金属生锈的原理与防锈的智慧
什么是腐蚀？
铁生锈的过程是一种得失电子的氧化还原反应。铁失去电子而被氧化，空气中的氧气得到这些电子而被还原。由此生成的物质是红褐色的水合氧化铁（Fe2O3·nH2O），也就是我们所熟悉的铁锈的真面目。
（1）水和氧气必须同时存在
只有纯水或只有干燥的氧气时，铁几乎不会生锈。水和氧气同时存在时，反应才会真正发生，水起到为电子开辟通道的作用。
（2）盐会加快反应
像海水或冬季撒在道路上的氯化钙这样含有氯离子的水导电性好，会让腐蚀快得多。这就是海边的铁结构和多雪地区汽车底盘特别容易生锈的原因。
（3）铁锈无法保护自己
铁锈的体积比原来的铁大，会鼓起来并很容易脱落。铁锈剥落的地方会露出新的铁，因此腐蚀会不断向内部深入。
（4）每种金属生锈的方式不同
铝比铁更容易与氧气反应，但表面会形成一层厚约10纳米、薄而致密的氧化铝膜，覆盖住内部。这种自行形成保护膜的现象称为“钝化（Passivation）”，也是它与铁锈容易脱落的铁最大的不同之处。
当不同的金属相遇
两种不同的金属相互接触并浸在海水之类的电解质中时，更容易失去电子的一方会腐蚀得快得多。这称为“电偶腐蚀（Galvanic Corrosion）”。
- 阳极金属（Anode）：失去电子而溶解的一方，锌、铁等活泼性高的金属属于此类。
- 阴极金属（Cathode）：得到电子的一方，铜等活泼性低的金属反而会受到保护。
- 电解质（Electrolyte）：离子在两种金属之间移动的通道，含盐量越高，反应越快。
电偶腐蚀在日常生活中也经常发生。在铝窗框上拧入铁螺丝，或把铜管和铁管直接接在一起，接触的部位会最先损坏。因此，设计者会在不同金属之间垫入橡胶或塑料等绝缘材料，切断电子往来的通道。
历史上的腐蚀故事
腐蚀自古以来就困扰着船只和建筑，在此过程中也不断有重要的发现。
【案例1】溶掉的铁钉
1761年，英国皇家海军用铜板包覆了护卫舰“警报号”（HMS Alarm）的木质船体。这艘船结束西印度群岛的航行归来时，铜板完好无损，但固定铜板的铁钉却像生锈的糊状物一样腐烂了。1763年，海军得出结论：在海水中，铁和铜绝不能直接接触。
【案例2】自由女神像
自由女神像刚建成时呈红色的铜色，但从20世纪初开始变成了绿色。这层绿色的铜锈覆盖在铜表面，阻止了更深层的腐蚀。然而，20世纪80年代的检查发现，铜外皮与铁骨架之间的绝缘层老化，铁骨架已经生锈，随后进行了大规模的修复工程。
防止腐蚀的四种方法
腐蚀是无法避免的自然反应，但可以大大减缓其速度。
（1）覆盖保护层
用油漆、油或塑料涂层覆盖金属表面，使水和氧气无法接触到金属。
（2）穿上锌外衣
在铁上镀锌称为“镀锌（Galvanization）”。即使表面被划伤、铁露了出来，锌也会先被氧化，继续保护铁。
（3）装上替它生锈的金属
在船底或海洋结构物上装上锌、铝、镁块，这些金属就会代替被腐蚀。这称为“牺牲阳极（Sacrificial Anode）”。1824年，汉弗里·戴维（Humphry Davy）向英国皇家学会发表了这一原理，并在军舰的铜外板上装上铁块进行试验。铜的腐蚀大幅减少，但由于附着的海洋生物更多了，当时的海军没有继续采用这种方法。
（4）使用能自我保护的合金
含铬10.5%以上的不锈钢会在表面形成一层极薄的氧化铬膜来防止腐蚀。这层膜即使被划伤，遇到氧气也会重新生成。
腐蚀是金属想要回到原本稳定状态的自然趋势。桥梁和管道、汽车和船舶等支撑我们生活的金属结构，都在与这种趋势不断抗争。根据美国联邦公路管理局（Federal Highway Administration）2002年发布的报告，仅1998年一年，美国因腐蚀造成的直接损失就约达2760亿美元，相当于当时国内生产总值的3.1%。
了解铁锈产生的原理，及早发现小小的锈斑并加以处理，这正是长久守护金属的生活化学第一步。
