Come funzionano la ruggine e la corrosione

Ruggine è il nome comune per ossido di ferro. La forma più familiare di ruggine è il rivestimento rossastro che forma scaglie su ferro e acciaio (Fe₂O₃), ma la ruggine è disponibile anche in altri colori, tra cui giallo, marrone, arancione e persino verde! I diversi colori riflettono varie composizioni chimiche di ruggine.

La ruggine si riferisce specificamente agli ossidi su ferro o leghe di ferro, come l'acciaio. L'ossidazione di altri metalli ha altri nomi. C'è appannamento sull'argento e verderame sul rame, per esempio.

Key Takeaways: come funziona la ruggine

• La ruggine è il nome comune della sostanza chimica chiamata ossido di ferro. Tecnicamente, l'ossido di ferro si idrata, perché l'ossido di ferro puro non è ruggine.
• La ruggine si forma quando il ferro o le sue leghe sono esposti all'aria umida. L'ossigeno e l'acqua nell'aria reagiscono con il metallo per formare l'ossido idratato.
• La familiare forma rossa di ruggine è (Fe₂O₃), ma il ferro ha altri stati di ossidazione, quindi può formare altri colori di ruggine.

La reazione chimica che forma la ruggine

Sebbene la ruggine sia considerata il risultato di una reazione di ossidazione, vale la pena notare non tutti gli ossidi di ferro sono ruggine. La ruggine si forma quando l'ossigeno reagisce con il ferro, ma semplicemente mettere insieme ferro e ossigeno non è sufficiente. Sebbene circa il 20 percento dell'aria sia costituito da ossigeno, la ruggine non si verifica nell'aria secca. Si verifica in aria umida e in acqua. La ruggine richiede tre sostanze chimiche per formarsi: ferro, ossigeno e acqua.

ferro + acqua + ossigeno → ossido di ferro idrato (III)

Questo è un esempio di reazione elettrochimica e corrosione. Si verificano due distinte reazioni elettrochimiche:

Esiste una dissoluzione anodica o ossidazione del ferro in soluzione acquosa (acqua):

2FE → 2FE²⁺  + 4e-

Si verifica anche una riduzione catodica dell'ossigeno che si dissolve nell'acqua:

O₂  + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-  

Lo ione ferro e lo ione idrossido reagiscono per formare idrossido di ferro: 

2FE²⁺ + 4OH^-  → 2Fe (OH)₂

L'ossido di ferro reagisce con l'ossigeno per produrre ruggine rossa, Fe₂O₃.H₂O

A causa della natura elettrochimica della reazione, gli elettroliti disciolti nell'acqua aiutano la reazione. La ruggine si verifica più rapidamente nell'acqua salata che nell'acqua pura, ad esempio.

Tieni presente l'ossigeno gassoso, O₂, non è l'unica fonte di ossigeno nell'aria o nell'acqua. Anidride carbonica, CO₂, contiene anche ossigeno. L'anidride carbonica e l'acqua reagiscono per formare acido carbonico debole. L'acido carbonico è un elettrolita migliore dell'acqua pura. Mentre l'acido attacca il ferro, l'acqua si rompe in idrogeno e ossigeno. L'ossigeno libero e il ferro disciolto formano ossido di ferro, liberando elettroni, che possono fluire verso un'altra parte del metallo. Una volta inizia la ruggine, continua a corrodere il metallo.

Prevenire la ruggine

La ruggine è fragile, fragile, progressiva e indebolisce ferro e acciaio. Per proteggere il ferro e le sue leghe dalla ruggine, la superficie deve essere separata dall'aria e dall'acqua. I rivestimenti possono essere applicati al ferro. L'acciaio inossidabile contiene cromo, che forma un ossido, proprio come il ferro forma la ruggine. La differenza è che l'ossido di cromo non si sfalda, quindi forma uno strato protettivo sull'acciaio.