L'éclat argenté d'un nouvel ongle peut éventuellement commencer à montrer des taches brun rougeâtre, en particulier lorsqu'il est exposé aux éléments pendant une période prolongée. C'est le début familier de la rouille. Les causes de la rouille sont chimiques et impliquent des réactions avec l'eau et l'oxygène.
Causes chimiques de la rouille
Les causes de corrosion nécessitent la présence de eau et oxygène. L'eau peut se combiner avec le dioxyde de carbone dans l'air pour former de l'acide carbonique, un acide faible.
Lorsque cette solution acide atteint le fer, deux réactions se produisent. Premièrement, l'eau acidifiée (un bon électrolyte – nous en parlerons plus tard) dissoudra une partie du fer en éliminant les électrons. Ensuite, l'eau commencera à se décomposer en hydrogène et en oxygène. L'oxygène libre réagit avec le fer dissous pour former de l'oxyde de fer, et l'oxyde de fer est de la rouille.
À partir de cette explication, une équation verbale pour la rouille peut être créée :
Fer + eau + oxygène → oxyde de fer (rouille)
Réaction chimique résultante de la rouille
La réaction chimique résultante de la rouille est :
4Fe(s) + 3O2(g) + 6H2O(l)→ 4Fe(OH)3(s)
Cette rouille poreuse, Fe (OH)3(s) réagit avec de l'oxygène supplémentaire pour donner une rouille plus cristallisée avec une formule de Fe2O3. xH20. L'oxyde de fer (III) hydraté (Fe2O3) a de l'eau attachée avec environ 3/2 H2O; la quantité d'eau n'est pas fixe donc le x devant le H20.
Cette réaction, cependant, se produit par étapes.
Processus électrochimique de la rouille
Les métaux comme le fer se dissolvent dans un processus électrochimique. Cela signifie que le processus agit comme une cellule électrochimique (généralement considérée comme une batterie).
le anode sera un endroit où le métal est stressé ou endommagé. le cathode est une autre partie du métal ne subissant pas de corrosion. L'eau agit comme l'électrolyte - le pont - et transporte les ions pour maintenir le flux d'électrons en mouvement, ou, dans ce cas, le flux d'électrons qui corrode la zone anodique du fer.
Tous les processus électrochimiques impliquent un type de réaction chimique appelée oxydo-réduction ou des réactions redox. Dans une réaction redox, il y a un transfert d'électrons. Le transfert d'électrons dans la corrosion sont prélevés à la surface du métal et transférés vers des accepteurs d'électrons appropriés, comme l'oxygène et l'hydrogène.
Les réactions chimiques en deux étapes de la rouille
Réactions redox peuvent souvent être placés comme des demi-réactions pour voir comment les électrons se déplacent dans la réaction. La demi-réaction d'oxydation perd des électrons et la demi-réaction de réduction gagne des électrons.
Lorsque l'eau entre en contact avec le fer, Fe, le fer perd des électrons dans un processus d'oxydation :
- A l'anode, demi-réaction d'oxydation: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Simultanément, à la cathode, une demi-réaction de réduction peut être :
- Réduction de l'oxygène gazeux: O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Ou la réduction de l'hydrogène: 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
- Ou la combinaison des deux: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O(l)
Au fur et à mesure que les ions hydrogène sont consommés, le pH augmente et devient moins acide, et OH- des ions apparaissent dans l'eau. Ceux-ci réagissent pour produire des hydroxydes de fer (II) qui commenceront à précipiter hors de la solution :
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2(s)
Occurrence de rouille
Étant donné que l'eau et l'oxygène sont facilement disponibles, la rouille finira par se produire, même dans l'acier, un alliage composé principalement de fer. Si elle n'est pas arrêtée, la rouille continuera au-delà de petites taches et couvrira toute la surface.
Les lignes épurées de la forme originale de l'ongle laisseront la place à un trait écailleux puis à de petits creux. Étant donné que l'oxyde de fer est une molécule plus volumineuse que le fer d'origine, il prend plus de place, ce qui déforme la forme de l'ongle lorsqu'il rouille. Cette forme déformée provoque également le collage et le grincement des charnières rouillées.
Au fil du temps, la rouille atteindra le noyau et le morceau de métal peut être facilement cassé entre les mains. Le sel qui a été dissous dans l'eau n'est pas l'une des causes de la rouille, mais il accélère le processus.