El brillo plateado de una nueva uña puede comenzar a mostrar manchas de color marrón rojizo con el tiempo, especialmente cuando se expone a los elementos durante un período prolongado. Este es el comienzo familiar de la oxidación. Las causas de la oxidación son químicas e involucran reacciones con agua y oxígeno.
Causas químicas de la oxidación
Las causas de la corrosión requieren la presencia de agua y oxigeno. El agua se puede combinar con el dióxido de carbono en el aire para formar ácido carbónico, un ácido débil.
Cuando esta solución ácida llega al hierro, ocurren dos reacciones. Primero, el agua acidificada (un buen electrolito, más sobre esto más adelante) disolverá parte del hierro al eliminar electrones. Luego, el agua comenzará a descomponerse en hidrógeno y oxígeno. El oxígeno libre reacciona con el hierro disuelto para formar óxido de hierro y el óxido de hierro se oxida.
A partir de esta explicación, se puede crear una ecuación de palabras para el óxido:
Hierro + agua + oxígeno → óxido de hierro (herrumbre)
Reacción química resultante del óxido
La reacción química resultante de la oxidación es:
4Fe (s) + 3O2(g) + 6H2O (l) → 4Fe (OH)3(s)
Este óxido poroso, Fe (OH)3(s) reacciona con oxígeno adicional para producir un óxido más cristalizado con una fórmula de Fe2O3. xH20. El óxido de hierro (III) hidratado (Fe2O3) tiene agua adjunta con aproximadamente 3/2 H2O; la cantidad de agua no es fija, por lo tanto, la x delante de la H20.
Sin embargo, esta reacción ocurre en pasos.
Proceso electroquímico de óxido
Los metales como el hierro se disuelven en un proceso electroquímico. Esto significa que el proceso actúa como una celda electroquímica (comúnmente considerada como una batería).
La ánodo será un lugar donde el metal esté tensionado o dañado. La cátodo es otra parte del metal que no sufre corrosión. El agua actúa como el electrolito, el puente, y transporta iones para mantener el flujo de electrones en movimiento o, en este caso, el flujo de electrones que corroerán el área del ánodo del hierro.
Todos los procesos electroquímicos implican un tipo de reacción química llamada reducción de oxidación o reacciones redox. En una reacción redox, hay una transferencia de electrones. La transferencia de electrones en la corrosión se toma de la superficie del metal y se transfiere a aceptores de electrones adecuados, como oxígeno e hidrógeno.
Las reacciones químicas de dos pasos del óxido
Reacciones redox a menudo se pueden colocar como semirreacciones para ver cómo se mueven los electrones en la reacción. La semirreacción de oxidación pierde electrones y la semirreacción de reducción gana electrones.
Cuando el agua entra en contacto con el hierro, Fe, el hierro pierde electrones en un proceso de oxidación:
- En el ánodo, semirreacción de oxidación: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Simultáneamente, en el cátodo, una semirreacción de reducción puede ser:
- Reducción de oxígeno gaseoso: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- O la reducción de hidrógeno: 2H+(aq) + 2e- → H2(gramo)
- O la combinación de ambos: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
A medida que se consumen los iones de hidrógeno, el pH aumenta y se vuelve menos ácido, y el OH- aparecen iones en el agua. Estos reaccionan para producir hidróxidos de hierro (II) que comenzarán a precipitarse de la solución:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2(s)
Ocurrencia de oxidación
Dado que tanto el agua como el oxígeno están fácilmente disponibles, eventualmente se oxidará, incluso en el acero, una aleación compuesta principalmente de hierro. Si no se detiene, la oxidación continuará pasando por pequeños puntos y cubrirá toda la superficie.
Las líneas limpias de la forma original de la uña darán paso a una característica escamosa y luego a pequeños hoyos. Dado que el óxido de hierro es una molécula más voluminosa que el hierro original, ocupa más espacio y esto distorsiona la forma de la uña a medida que se oxida. Esta forma distorsionada también hace que las bisagras oxidadas se peguen y rechiten.
Con el tiempo, el óxido llegará al núcleo y la pieza de metal se puede romper fácilmente en las manos. La sal disuelta en agua no es una de las causas de la oxidación, pero acelera el proceso.