Roest is een feit van het leven op aarde, evenals op ten minste één andere planeet in het zonnestelsel: Mars. De roodachtige tint van die planeet is grotendeels te wijten aan de aanwezigheid van ijzeroxide of roest op het oppervlak. Roest is het resultaat van de combinatie van ijzer met zuurstof in een proces dat oxidatie wordt genoemd, en de aanwezigheid van roest op Mars suggereert dat er mogelijk meer moleculaire zuurstof op de planeet in het verleden, hoewel koolstofdioxide, het belangrijkste bestanddeel van de huidige atmosfeer van Mars, ook kan zorgen voor zuurstof. Naast gasvormige zuurstof heeft de vorming van roest water nodig omdat het een proces in twee stappen is. Dat is een aanwijzing dat er lang geleden water in overvloed aanwezig was op Mars.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De vorming van roest vereist ijzer, water en zuurstof. Hoewel het een complex proces is, is de chemische vergelijking gewoon 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3.
De eerste stap: oxidatie van vast ijzer
Het is algemeen bekend dat roest ontstaat wanneer u water op een metalen werktuig laat of het blootstelt aan vochtige lucht. Dat komt omdat de eerste stap in het roestproces het oplossen van vast ijzer in oplossing is. De formule hiervoor is:
Fe (s) → Fe2+(aq) + 2e-
De elektronen die door deze reactie worden geproduceerd, combineren met waterstofionen in het water en met opgeloste zuurstof om water te produceren:
4e- + 4H+(aq) + O2(aq) → 2H2O(l)
Deze twee reacties produceren water- en ijzer(II)-ionen, maar geen roest. Om dat te vormen, moet er een andere reactie plaatsvinden.
De tweede stap: vorming van gehydrateerd ijzeroxide (roest)
Het verbruik van waterstofionen dat optreedt als ijzer oplost, laat een overwicht aan hydroxide (OH-) ionen in het water. De ijzer(II)-ionen reageren ermee en vormen groene roest:
Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe (OH)2(en)
Dat is niet het einde van het verhaal. De ijzer (II) ionen combineren ook met waterstof en zuurstof in het water om ijzer (III) ionen te produceren:
4Fe2+(aq) + 4H+(aq) + O2(aq) → 4Fe3+(aq) + 2H2O(l)
Deze ijzerionen zijn verantwoordelijk voor de vorming van de roodachtige afzetting die wereldwijd geleidelijk gaten in autocarrosserieën en metalen dakbedekking vreet. Ze combineren met de extra hydroxide-ionen om ijzer (III) hydroxide te vormen:
Fe3+(aq) + 3OH-(aq) → Fe (OH)3
Deze verbinding dehydrateert om te worden Fe2O3.H2O, wat de chemische formule is voor roest.
De gebalanceerde vergelijking schrijven
Als u geïnteresseerd bent in het schrijven van een evenwichtige vergelijking voor het hele proces, hoeft u alleen de initiële reactanten en de producten van de reactie te kennen. De reactanten zijn ijzer (Fe), zuurstof (O2) en water (H2O), en het product is ijzer (III) hydroxide Fe (OH)3, dus Fe + O2 + H2O → Fe (OH)3. In een evenwichtige vergelijking moet aan beide zijden van de vergelijking hetzelfde aantal zuurstof-, waterstof- en ijzeratomen voorkomen. Breng het aantal waterstofatomen in evenwicht door het aantal watermoleculen te vermenigvuldigen met 6 en het aantal hydroxidemoleculen met 4. Je moet dan het aantal O. vermenigvuldigen2 moleculen met 3 en het aantal Fe-ionen met 4. Het resultaat is:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3