每经编辑｜陈西涉    

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“铜钢铜铜铜好(hao)多水”：金属与水(shui)分(fen)的(de)初(chu)遇(yu)与“化学反(fan)应(ying)”

当“铜钢(gang)铜(tong)铜铜(tong)好(hao)多(duo)水(shui)”这句颇具(ju)画面(mian)感的话语(yu)映(ying)入(ru)眼帘(lian)，我(wo)们(men)仿佛(fu)能听(ting)到(dao)金属在(zai)潮(chao)湿环境中(zhong)发(fa)出的低语(yu)，感(gan)受(shou)到(dao)一股(gu)古老而(er)又(you)充满(man)活力的(de)化学(xue)力(li)量(liang)在悄(qiao)然涌动。金(jin)属，人(ren)类(lei)文明的基石，从青铜时(shi)代到钢铁时(shi)代，无不(bu)彰(zhang)显(xian)着其坚韧(ren)与力量(liang)。而(er)水，生(sheng)命之源(yuan)，滋养(yang)万物，却(que)也(ye)可(ke)能是(shi)金属(shu)的“克星”。

“铜(tong)钢铜(tong)铜铜好多(duo)水”这句话，不仅(jin)仅是一(yi)个简单(dan)的描(miao)述，它更像是一个(ge)引子，邀(yao)请我们一(yi)同走进金属(shu)材料与(yu)水分之间(jian)那(na)段(duan)既矛(mao)盾又(you)密(mi)不(bu)可分的(de)“罗曼(man)史(shi)”。

让我(wo)们聚焦于(yu)“铜”。这种古老而美丽的金(jin)属，因其(qi)优(you)良(liang)的导电(dian)性、导热性以及(ji)良好(hao)的耐腐蚀(shi)性(xing)，在电器、建筑(zhu)、货币等(deng)领域(yu)扮(ban)演(yan)着(zhe)举足轻重(zhong)的角色。即使是(shi)铜，在(zai)与水分长(zhang)期接触时，也并(bing)非(fei)“金(jin)刚(gang)不坏”。空(kong)气中的(de)湿气，或(huo)是直接的水流，都可(ke)能引(yin)发铜(tong)的(de)表(biao)面变化。

最(zui)常(chang)见(jian)的现(xian)象便是铜(tong)绿(lv)，一(yi)种蓝(lan)绿色的(de)碱式(shi)碳(tan)酸铜(tong)。这并(bing)非简(jian)单的“变色(se)”，而(er)是(shi)铜与空气(qi)中(zhong)的(de)二氧化(hua)碳(tan)、氧(yang)气以(yi)及(ji)水分发(fa)生(sheng)一(yi)系(xi)列复杂的(de)电(dian)化学反应的(de)产物。铜绿的形(xing)成，虽然在某些(xie)艺术品(pin)和(he)建筑(zhu)装饰(shi)上具(ju)有独(du)特(te)的美感，但对(dui)于其(qi)导(dao)电性和(he)结构完整性而言，却可能是一种潜(qian)在的(de)损伤(shang)。

想象(xiang)一(yi)下，古(gu)老(lao)铜器上的斑(ban)驳(bo)铜绿，诉说着历(li)史的沧(cang)桑，但也(ye)揭示了(le)金(jin)属在(zai)时(shi)间(jian)长(zhang)河中与(yu)自然(ran)环(huan)境的博(bo)弈。

再(zai)来看“钢”。作(zuo)为现代(dai)工业的(de)灵(ling)魂，钢的强度和韧性是其他(ta)材料(liao)难(nan)以比拟(ni)的。从摩天(tian)大楼(lou)的钢筋(jin)骨(gu)架，到精(jing)密机(ji)械(xie)的零(ling)部件(jian)，钢无处不(bu)在。钢的“软肋(le)”同(tong)样是水分(fen)。我们(men)最熟悉(xi)的便是(shi)钢的(de)“锈蚀”，也(ye)就是(shi)我们(men)常说的(de)“生(sheng)锈”。铁(tie)是(shi)钢的主要(yao)成分，而(er)铁(tie)锈，主要(yao)是三价(jia)铁的氧化(hua)物和(he)氢(qing)氧(yang)化物。

这个(ge)过程是一个典(dian)型的(de)电(dian)化(hua)学腐(fu)蚀过程。在有水(shui)和氧(yang)气的环境(jing)中(zhong)，钢材会形成(cheng)微小的原电(dian)池(chi)，铁(tie)作(zuo)为负(fu)极不(bu)断失去电(dian)子(zi)被(bei)氧化，而氧(yang)气(qi)在(zai)正极得(de)到电子(zi)被(bei)还原。水分的(de)存在(zai)，不(bu)仅为离(li)子迁(qian)移(yi)提供了(le)介(jie)质，还直(zhi)接参与了反应。工业(ye)生产(chan)中，一(yi)旦(dan)钢(gang)材(cai)发生大面积(ji)锈蚀，其强度会(hui)急剧(ju)下(xia)降，结(jie)构(gou)稳(wen)定性受到威胁，轻则(ze)影响(xiang)产品质量，重(zhong)则可(ke)能导致灾难性的后(hou)果。

因(yin)此(ci)，如(ru)何有(you)效“阻挡”水(shui)分，保护钢材免(mian)受锈(xiu)蚀，一直是(shi)金属材(cai)料(liao)领域(yu)的重要课题。

“铜(tong)钢(gang)铜(tong)铜铜(tong)好多(duo)水(shui)”，这句(ju)话(hua)的(de)精(jing)髓(sui)在(zai)于(yu)“好(hao)多水”。当水(shui)分不再是(shi)偶(ou)尔(er)的触碰，而(er)是持(chi)续的浸润(run)、流(liu)淌(tang)，甚(shen)至是高(gao)压环境，金属与(yu)水分之间的“化学反应”便会加(jia)速(su)升级。对(dui)于铜(tong)而言，在(zai)某些特(te)定水(shui)质（例如含有氯离(li)子(zi)、硫化(hua)物等(deng)）的环(huan)境下(xia)，会加(jia)速(su)其(qi)腐蚀(shi)速(su)率，甚至形成(cheng)点蚀(shi)、缝隙腐蚀(shi)等更具破(po)坏性的腐蚀形式(shi)。

对(dui)于钢而(er)言(yan)，水(shui)分(fen)的(de)存在是(shi)氧气(qi)腐蚀的必(bi)要(yao)条件(jian)，而(er)不同(tong)的(de)水(shui)体(ti)成(cheng)分（如海水、酸性雨水(shui)、工业(ye)废水）对钢(gang)材的(de)腐蚀速(su)率(lv)和腐(fu)蚀形态有(you)着显(xian)著(zhu)影(ying)响(xiang)。例如，海(hai)水(shui)中的氯(lv)离子(zi)会破(po)坏钢(gang)材(cai)表(biao)面(mian)的钝化(hua)膜，加(jia)速(su)点蚀(shi)的发生(sheng)。

从宏(hong)观层面看(kan)，“好多(duo)水”也(ye)意味(wei)着对(dui)金属材(cai)料(liao)的“应用场景”提(ti)出了更(geng)高(gao)的要求。船舶(bo)、海洋工(gong)程(cheng)、水下管道、水(shui)处理设备，这(zhe)些(xie)暴(bao)露(lu)在水(shui)环境(jing)中(zhong)的(de)重要设施，无一(yi)不在(zai)经受着(zhe)水分(fen)的考验(yan)。工程师们(men)在设(she)计这(zhe)些设(she)施时(shi)，不仅要(yao)考(kao)虑金(jin)属材(cai)料本身的(de)力学性能(neng)，更要(yao)深入(ru)研究(jiu)其在(zai)特定(ding)水分(fen)环境(jing)下的耐腐(fu)蚀(shi)性(xing)能。

这(zhe)不(bu)仅是对材(cai)料科学(xue)的挑(tiao)战，更(geng)是对(dui)工(gong)程设计(ji)智(zhi)慧(hui)的考(kao)验。

总而(er)言(yan)之(zhi)，“铜(tong)钢铜(tong)铜铜(tong)好多水”这(zhe)句话，以一种极其(qi)形(xing)象生(sheng)动的方式(shi)，点明(ming)了金(jin)属(shu)材料与(yu)水(shui)分之间(jian)复杂(za)而(er)重(zhong)要(yao)的关系(xi)。它不(bu)仅仅(jin)是(shi)一个(ge)简(jian)单的(de)现象(xiang)描述(shu)，更是(shi)对金属腐(fu)蚀、材(cai)料选型、以及工业应用中环境(jing)保(bao)护等一(yi)系(xi)列问题(ti)的深(shen)度(du)隐(yin)喻。理解了(le)水分(fen)对铜、钢(gang)等金属的“影(ying)响”，我们才能(neng)更好(hao)地(di)驾驭这些(xie)材料，让它们在各种(zhong)环境中发(fa)挥出最大(da)的(de)价(jia)值，同时规避潜(qian)在的(de)风险。

探究金(jin)属(shu)材料(liao)与(yu)水(shui)分的(de)关(guan)系：从腐蚀(shi)机理到(dao)智慧(hui)“治水”

承接(jie)上(shang)一(yi)部分对“铜(tong)钢(gang)铜铜铜(tong)好多水”这(zhe)句话(hua)的初(chu)步解(jie)读，我(wo)们已初步(bu)认识到(dao)水(shui)分对金(jin)属材料(liao)，特别(bie)是铜和钢(gang)，会引(yin)发一系(xi)列化学(xue)反(fan)应，导致其性(xing)能发生变化(hua)。现在(zai)，让(rang)我(wo)们(men)更(geng)深(shen)入地探(tan)究这种(zhong)“关系(xi)”，从微观的腐蚀(shi)机(ji)理到(dao)宏(hong)观的(de)工(gong)业应对(dui)策略(lve)，揭示(shi)人类(lei)如何(he)与(yu)“好多水(shui)”博弈，守护(hu)金属(shu)的(de)“青(qing)春”。

微观视(shi)角下(xia)的“水(shui)”与“金属(shu)”的博弈：腐蚀(shi)的“潜(qian)规则”

金属腐蚀，本质上是(shi)一种金(jin)属材料(liao)在环境作用(yong)下(xia)发生(sheng)的化(hua)学(xue)或(huo)电化(hua)学的(de)破坏(huai)过程。而(er)水分(fen)，在(zai)许多(duo)腐(fu)蚀过(guo)程(cheng)中扮演(yan)着至关(guan)重要的角(jiao)色。

电(dian)化学(xue)腐(fu)蚀的“润滑(hua)剂”与(yu)“桥(qiao)梁”：对(dui)于(yu)绝大多数(shu)金(jin)属(shu)，尤其是钢材(cai)，其在(zai)潮湿(shi)环(huan)境下(xia)的腐蚀是典(dian)型的电化(hua)学腐蚀。水分提供了(le)离子在金(jin)属表(biao)面扩散的介质(zhi)，它就像一个(ge)“润滑剂(ji)”，使得金属(shu)表面微观电池(chi)的阳(yang)极反(fan)应（金(jin)属(shu)溶解）和(he)阴极(ji)反应(ying)（氧气还原(yuan)或析(xi)氢(qing)）能(neng)够顺利进(jin)行。

如(ru)果没(mei)有水膜(mo)的存(cun)在(zai)，这(zhe)些(xie)反应(ying)会大(da)大减缓甚(shen)至停止。想象一(yi)下，干(gan)燥的(de)空(kong)气(qi)中，钢(gang)材的(de)锈蚀速(su)度远(yuan)低于(yu)潮(chao)湿的环(huan)境(jing)，这就是水(shui)分的(de)关(guan)键作用(yong)。催化与加速：某(mou)些溶解在水(shui)中(zhong)的物(wu)质(zhi)，如(ru)酸、碱、盐类，能够显著(zhu)加速(su)金(jin)属的腐(fu)蚀(shi)。例(li)如(ru)，海(hai)水(shui)中(zhong)的(de)氯离子（Cl-）会破(po)坏金属(shu)表(biao)面(mian)的钝化(hua)膜(mo)（一种致(zhi)密(mi)的(de)氧化(hua)膜，能起到保护(hu)作用(yong)），使得(de)金(jin)属(shu)更容易受到(dao)侵蚀，形(xing)成(cheng)点蚀(shi)。

而酸(suan)性雨水(shui)中的H+离子(zi)，则直接作为氧(yang)化剂(ji)参与反应(ying)，加速钢(gang)材的腐(fu)蚀。形成腐蚀产(chan)物：水分不仅是(shi)腐蚀的(de)“催(cui)化剂(ji)”，它本(ben)身(shen)也是腐(fu)蚀产(chan)物(wu)的(de)重要(yao)组成部分。如(ru)前(qian)所述，钢锈(xiu)的主(zhu)要成分是水合(he)氧(yang)化(hua)铁，铜绿是(shi)碱式碳酸铜。这(zhe)些腐蚀(shi)产物往(wang)往(wang)疏松(song)多(duo)孔，无(wu)法形(xing)成有效的(de)保护(hu)层，反而会(hui)加速(su)内(nei)部金属(shu)的腐(fu)蚀(shi)。

智(zhi)慧“治(zhi)水”：守护金属(shu)的(de)“不(bu)老泉(quan)”

面(mian)对水(shui)分带(dai)来的挑战(zhan)，人类(lei)发展(zhan)出一(yi)系列(lie)智(zhi)慧的(de)“治(zhi)水”策略(lve)，以保护(hu)金(jin)属(shu)材(cai)料的性(xing)能和(he)延长其(qi)使(shi)用寿(shou)命(ming)。

材(cai)料选(xuan)择的(de)“精(jing)准(zhun)定位(wei)”：不同(tong)的应用(yong)场景(jing)，需要(yao)选(xuan)择最(zui)适(shi)合的金属材(cai)料。在海(hai)边(bian)或潮(chao)湿地(di)区，工程师们(men)会优(you)先(xian)考虑(lv)耐(nai)腐蚀性更强(qiang)的合(he)金，如(ru)不锈(xiu)钢(gang)、铜(tong)合金(jin)（如黄铜、青铜(tong)）、铝(lv)合金(jin)等。例(li)如，航海设(she)备和(he)近(jin)海(hai)建筑(zhu)会大(da)量使(shi)用(yong)耐(nai)海水腐蚀(shi)的(de)合(he)金。防(fang)护涂层的(de)“坚实(shi)壁垒(lei)”：这是(shi)最常见(jian)也(ye)最有(you)效的防护(hu)手(shou)段(duan)之一(yi)。

通过(guo)在金(jin)属表(biao)面(mian)涂覆一层保(bao)护层，隔绝(jue)金(jin)属与(yu)水(shui)分(fen)、氧(yang)气等腐蚀介质的(de)接触。油(you)漆(qi)和(he)聚(ju)合物(wu)涂层：这(zhe)是最(zui)普(pu)遍(bian)的防护方法，如建筑(zhu)钢(gang)结构、汽车车身等(deng)都经过喷(pen)涂处理。金属涂(tu)层：如(ru)镀(du)锌（冷镀(du)、热(re)镀），在(zai)钢材表(biao)面形(xing)成一(yi)层锌(xin)的保护(hu)层(ceng)，锌比铁(tie)更活(huo)泼，会优(you)先(xian)被(bei)腐蚀，起到(dao)“牺牲阳(yang)极”的作(zuo)用。

陶瓷或(huo)无(wu)机涂层：具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)硬度(du)和(he)耐高温(wen)、耐(nai)化学腐蚀(shi)性(xing)，适用(yong)于更苛(ke)刻的环(huan)境(jing)。电化(hua)学防(fang)护(hu)的“另辟蹊径(jing)”：牺牲(sheng)阳极(ji)保(bao)护(hu)：将比(bi)被保护金属更活泼(po)的金属（如锌、铝(lv)、镁合(he)金）连(lian)接到被(bei)保护金(jin)属上(shang)。当发(fa)生电(dian)化学(xue)腐(fu)蚀时(shi)，活(huo)泼金(jin)属会优先失(shi)去(qu)电子被(bei)腐(fu)蚀，从(cong)而保护了(le)主体(ti)金属(shu)。

这(zhe)在(zai)船(chuan)舶(bo)、管(guan)道、桥(qiao)梁等(deng)结(jie)构中应用广(guang)泛(fan)。外加(jia)电(dian)流(liu)保护：通过(guo)外部(bu)电源，在(zai)被(bei)保护(hu)金属上施加(jia)一个(ge)负(fu)电位(wei)，阻(zu)止(zhi)金属(shu)失电(dian)子(zi)，从(cong)而抑(yi)制腐蚀。这(zhe)通常(chang)用于埋地管道(dao)、储罐(guan)等(deng)。结构设(she)计的“巧妙规避(bi)”：在(zai)设(she)计中，尽量(liang)避(bi)免可(ke)能积聚水(shui)分(fen)的结(jie)构（如(ru)缝(feng)隙、死(si)角），采用(yong)有利(li)于(yu)排(pai)水和(he)通风的设计，也能有效(xiao)降(jiang)低腐(fu)蚀风险。

例(li)如，在(zai)建筑(zhu)设计中，通(tong)过合理(li)的排水(shui)系统(tong)和结构连(lian)接方式，减(jian)少雨(yu)水等(deng)对钢结构(gou)的侵蚀。水质处(chu)理的(de)“源头控(kong)制(zhi)”：对于一些(xie)对(dui)金(jin)属材料(liao)有特殊(shu)要求的工(gong)业用(yong)水（如锅炉(lu)用水(shui)、循环冷却水），会对(dui)其(qi)水质进行(xing)处理，去除(chu)腐蚀(shi)性物(wu)质，或者(zhe)添(tian)加缓蚀剂(ji)，从源(yuan)头上(shang)降(jiang)低(di)腐蚀的发生。

“铜(tong)钢铜(tong)铜铜好多水”的启示(shi)：科技与自(zi)然(ran)的(de)和谐(xie)共处(chu)

“铜钢(gang)铜铜(tong)铜好(hao)多水”，这(zhe)句(ju)朴实(shi)的话语(yu)，实则蕴(yun)含着(zhe)深刻(ke)的(de)科(ke)学(xue)道(dao)理(li)和(he)工(gong)程(cheng)智慧(hui)。它提(ti)醒(xing)我们，即便如铜、钢这样(yang)坚固(gu)的金(jin)属，在(zai)看似(shi)柔(rou)弱的水(shui)分(fen)面前，也(ye)需要精心(xin)的呵护。反(fan)之，也(ye)正(zheng)是(shi)对这种(zhong)“弱(ruo)点”的(de)深刻理(li)解，驱(qu)动(dong)着材(cai)料科(ke)学(xue)的(de)不断(duan)进步，催生(sheng)了种类(lei)繁多的(de)防腐技(ji)术和材(cai)料(liao)。

从(cong)微观的分(fen)子层(ceng)面(mian)，到宏观(guan)的工(gong)程应用(yong)，人(ren)类不(bu)断学习、适(shi)应并“驯(xun)服(fu)”自然(ran)的力(li)量。探(tan)究金(jin)属材(cai)料与(yu)水(shui)分(fen)的关(guan)系(xi)，不仅仅是为(wei)了解(jie)决眼(yan)前的(de)腐(fu)蚀问题(ti)，更(geng)是(shi)为(wei)了更好地理解材料(liao)的(de)本质，实现(xian)科技与(yu)自(zi)然的和(he)谐(xie)共处，让(rang)这(zhe)些(xie)金属材料在人类(lei)社(she)会的发展进(jin)程中，继续担当(dang)起它们(men)应(ying)有的(de)重任(ren)。

在(zai)未来，随(sui)着新(xin)材料(liao)的(de)不断(duan)涌(yong)现(xian)和防护(hu)技术(shu)的(de)进(jin)一步发展，我们(men)有(you)理(li)由相信，金属材(cai)料(liao)与(yu)水分(fen)的关系将更加(jia)可控，它们(men)将以更坚(jian)韧、更持久(jiu)的姿(zi)态，服务于人类(lei)文明(ming)的方(fang)方面(mian)面(mian)。

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图片来源：每经记者 陈淮义 摄

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