La ruggine è un fatto della vita sulla Terra e su almeno un altro pianeta del sistema solare: Marte. La sfumatura rossastra di quel pianeta è in gran parte dovuta alla presenza di ossido di ferro, o ruggine, sulla sua superficie. La ruggine è il risultato della combinazione del ferro con l'ossigeno in un processo chiamato ossidazione e la presenza di ruggine su Marte suggerisce che potrebbe esserci stato più ossigeno molecolare sul pianeta in passato, anche se l'anidride carbonica, che è il componente principale dell'attuale atmosfera di Marte, può anche fornire ossigeno. Oltre all'ossigeno gassoso, la formazione della ruggine necessita di acqua perché è un processo in due fasi. Questa è un'indicazione che l'acqua potrebbe essere stata abbondante su Marte molto tempo fa.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
La formazione della ruggine richiede ferro, acqua e ossigeno. Sebbene sia un processo complesso, l'equazione chimica è semplicemente 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3.
Il primo passo: ossidazione del ferro solido
È risaputo che la ruggine si forma quando si lascia dell'acqua su un attrezzo di metallo o lo si lascia esposto all'aria umida. Questo perché il primo passo nel processo di arrugginimento prevede la dissoluzione del ferro solido in soluzione. La formula per questo è:
Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-
Gli elettroni prodotti da questa reazione si combinano con gli ioni idrogeno nell'acqua e con l'ossigeno disciolto per produrre acqua:
4e- + 4H+(aq) + O2(aq) → 2H2O(l)
Queste due reazioni producono ioni acqua e ferro (II), ma non ruggine. Perché si formi, deve verificarsi un'altra reazione.
Il secondo passo: formazione di ossido di ferro idrato (ruggine)
Il consumo di ioni idrogeno che si verifica quando il ferro si dissolve lascia una preponderanza di idrossido (OH-) ioni nell'acqua. Gli ioni ferro (II) reagiscono con essi per formare ruggine verde:
Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe (OH)2(S)
Questa non è la fine della storia. Gli ioni ferro (II) si combinano anche con l'idrogeno e l'ossigeno nell'acqua per produrre ioni ferro (III):
4Fe2+(ac) + 4H+(aq) + O2(aq) → 4Fe3+(ac) + 2H2O(l)
Questi ioni di ferro sono responsabili della formazione del deposito rossastro che gradualmente mangia i buchi nelle carrozzerie e nelle coperture metalliche di tutto il mondo. Si combinano con gli ioni idrossido in più per formare idrossido di ferro (III):
Fe3+(aq) + 3OH-(aq) → Fe (OH)3
Questo composto si disidrata per diventare Fe2oh3.H2oh, che è la formula chimica della ruggine.
Scrivere l'equazione bilanciata
Se sei interessato a scrivere un'equazione bilanciata per l'intero processo, devi solo conoscere i reagenti iniziali ei prodotti della reazione. I reagenti sono ferro (Fe), ossigeno (O2) e acqua (H2O), e il prodotto è ferro (III) idrossido Fe (OH)3, quindi Fe + O2 + H2O → Fe (OH)3. In un'equazione bilanciata, lo stesso numero di atomi di ossigeno, idrogeno e ferro deve apparire su entrambi i lati dell'equazione. Bilancia il numero di atomi di idrogeno moltiplicando il numero di molecole d'acqua per 6 e il numero di molecole di idrossido per 4. Devi quindi moltiplicare il numero di O2 molecole di 3 e il numero di ioni Fe di 4. Il risultato è:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3