A ferrugem é um fato da vida na Terra, bem como de pelo menos um outro planeta do sistema solar: Marte. O tom avermelhado desse planeta é em grande parte devido à presença de óxido de ferro, ou ferrugem, em sua superfície. A ferrugem é o resultado da combinação de ferro com oxigênio em um processo chamado oxidação, e a presença de ferrugem em Marte sugere que pode ter havido mais oxigênio molecular no planeta no passado, embora o dióxido de carbono, que é o principal componente da atmosfera atual de Marte, também possa fornecer oxigênio. Além do oxigênio gasoso, a formação de ferrugem precisa de água porque é um processo de duas etapas. Isso é uma indicação de que a água pode ter sido abundante em Marte há muito tempo.
TL; DR (muito longo; Não li)
A formação de ferrugem requer ferro, água e oxigênio. Embora seja um processo complexo, a equação química é simplesmente 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3.
A Primeira Etapa: Oxidação de Ferro Sólido
É de conhecimento comum que a ferrugem ocorre quando você deixa água em um implemento de metal ou o deixa exposto ao ar úmido. Isso porque a primeira etapa do processo de oxidação envolve a dissolução do ferro sólido em solução. A fórmula para isso é:
Fe (s) → Fe2+(aq) + 2e-
Os elétrons produzidos por esta reação combinam-se com íons de hidrogênio na água, bem como com oxigênio dissolvido para produzir água:
4e- + 4H+(aq) + O2(aq) → 2H2O (l)
Essas duas reações produzem água e íons de ferro (II), mas não ferrugem. Para que isso se concretize, outra reação deve ocorrer.
A segunda etapa: formação de óxido de ferro hidratado (ferrugem)
O consumo de íons de hidrogênio que ocorre à medida que o ferro se dissolve deixa uma preponderância de hidróxido (OH-) íons na água. Os íons de ferro (II) reagem com eles para formar ferrugem verde:
Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe (OH)2(s)
Esse não é o fim da história. Os íons de ferro (II) também se combinam com hidrogênio e oxigênio na água para produzir íons de ferro (III):
4Fe2+(aq) + 4H+(aq) + O2(aq) → 4Fe3+(aq) + 2H2O (l)
Esses íons de ferro são responsáveis pela formação do depósito avermelhado que gradualmente corrói buracos em carrocerias e coberturas metálicas em todo o mundo. Eles se combinam com os íons de hidróxido extra para formar hidróxido de ferro (III):
Fe3+(aq) + 3OH-(aq) → Fe (OH)3
Este composto desidrata para se tornar Fe2O3.H2O, que é a fórmula química da ferrugem.
Escrevendo a Equação Balanceada
Se você estiver interessado em escrever uma equação balanceada para todo o processo, você só precisa saber os reagentes iniciais e os produtos da reação. Os reagentes são ferro (Fe), oxigênio (O2) e água (H2O), e o produto é hidróxido de ferro (III) Fe (OH)3, então Fe + O2 + H2O → Fe (OH)3. Em uma equação balanceada, o mesmo número de átomos de oxigênio, hidrogênio e ferro deve aparecer em ambos os lados da equação. Equilibre o número de átomos de hidrogênio multiplicando o número de moléculas de água por 6 e o número de moléculas de hidróxido por 4. Você então tem que multiplicar o número de O2 moléculas por 3 e o número de íons Fe por 4. O resultado é:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3