O brilho prateado de uma nova unha pode começar a mostrar manchas marrom-avermelhadas eventualmente, especialmente quando exposta aos elementos por um longo período de tempo. Este é o começo familiar da ferrugem. As causas da ferrugem são químicas e envolvem reações com água e oxigênio.
Causas químicas de ferrugem
As causas da corrosão requerem a presença de água e oxigênio. A água pode se combinar com o dióxido de carbono no ar para formar o ácido carbônico, um ácido fraco.
Quando esta solução ácida atinge o ferro, ocorrem duas reações. Primeiro, a água acidificada (um bom eletrólito - mais sobre isso depois) dissolverá parte do ferro removendo elétrons. Então, a água começará a se decompor em hidrogênio e oxigênio. O oxigênio livre reage com o ferro dissolvido para formar óxido de ferro, e o óxido de ferro é ferrugem.
A partir desta explicação, uma equação de palavra para ferrugem pode ser criada:
Ferro + água + oxigênio → óxido de ferro (ferrugem)
Reação Química Resultante de Ferrugem
A reação química resultante de ferrugem é:
4 Fe (s) + 3O2(g) + 6H2O (l) → 4Fe (OH)3(s)
Esta ferrugem porosa, Fe (OH)3(s) reage com oxigênio adicional para produzir uma ferrugem mais cristalizada com uma fórmula de Fe2O3. xH20. O óxido de ferro (III) hidratado (Fe2O3) tem água ligada com aproximadamente 3/2 H2O; a quantidade de água não é fixada, portanto, ax na frente de H20.
Essa reação, no entanto, ocorre em etapas.
Processo Eletroquímico de Ferrugem
Metais como o ferro se dissolvem em um processo eletroquímico. Isso significa que o processo atua como uma célula eletroquímica (comumente chamada de bateria).
O ânodo será um local onde o metal é tensionado ou danificado. O cátodo é outra parte do metal que não sofre corrosão. A água atua como o eletrólito - a ponte - e transporta íons para manter o fluxo de elétrons em movimento, ou, neste caso, o fluxo de elétrons que irá corroer a área anódica do ferro.
Todos os processos eletroquímicos envolvem um tipo de reação química chamada redução de oxidação ou reações redox. Em uma reação redox, há uma transferência de elétrons. A transferência de elétrons na corrosão é retirada da superfície do metal e transferida para aceitadores de elétrons adequados, como oxigênio e hidrogênio.
As reações químicas em duas etapas da ferrugem
Reações redox muitas vezes pode ser colocado como semi-reações para ver como os elétrons estão se movendo na reação. A meia-reação de oxidação perde elétrons, e a meia-reação de redução ganha elétrons.
Quando a água entra em contato com o ferro, Fe, o ferro perde elétrons em um processo de oxidação:
- No ânodo, meia-reação de oxidação: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Simultaneamente, no cátodo, uma meia-reação de redução pode ser:
- Redução do gás oxigênio: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Ou a redução do hidrogênio: 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
- Ou a combinação de ambos: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
Conforme os íons de hidrogênio são consumidos, o pH aumenta e se torna menos ácido, e OH- íons aparecem na água. Estes reagem para produzir hidróxidos de ferro (II) que começarão a precipitar da solução:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2(s)
Ocorrência de Ferrugem
Como a água e o oxigênio estão prontamente disponíveis, a ferrugem acabará acontecendo, mesmo no aço, uma liga composta principalmente de ferro. Se não for interrompida, a ferrugem continuará passando por pequenos pontos e cobrindo toda a superfície.
As linhas limpas da forma original da unha darão lugar a um aspecto escamoso e, em seguida, a pequenas cavidades. Como o óxido de ferro é uma molécula mais volumosa do que o ferro original, ele ocupa mais espaço e distorce a forma da unha à medida que enferruja. Essa forma distorcida também faz com que as dobradiças enferrujadas grudem e rangam.
Com o tempo, a ferrugem atingirá o núcleo e o pedaço de metal pode ser quebrado facilmente nas mãos. O sal dissolvido na água não é uma das causas da ferrugem, mas acelera o processo.