Strălucirea argintie a unei unghii noi poate începe să prezinte pete maronii roșiatice în cele din urmă, mai ales atunci când este expusă elementelor pentru o perioadă lungă de timp. Acesta este începutul familiar al ruginii. Cauzele ruginii sunt chimice și implică reacții cu apă și oxigen.
Cauzele chimice ale ruginii
Cauzele coroziunii necesită prezența apă și oxigen. Apa se poate combina cu dioxidul de carbon din aer pentru a forma acid carbonic, un acid slab.
Când această soluție acidă ajunge la fier, apar două reacții. În primul rând, apa acidulată (un electrolit bun - mai multe despre asta mai târziu) va dizolva o parte din fier prin îndepărtarea electronilor. Apoi, apa va începe să se descompună în hidrogen și oxigen. Oxigenul liber reacționează cu fierul dizolvat pentru a forma oxid de fier, iar oxidul de fier este rugina.
Din această explicație, se poate crea o ecuație de cuvânt pentru rugină:
Fier + apă + oxigen → oxid de fier (rugină)
Reacția chimică rezultată a ruginii
Reacția chimică rezultată a ruginii este:
4Fe (s) + 3O2(g) + 6H2O (l) → 4Fe (OH)3(s)
Această rugină poroasă, Fe (OH)3(s) reacționează cu oxigen suplimentar pentru a produce o rugină mai cristalizată cu o formulă de Fe2O3. xH20. Oxidul de fier hidratat (III) (Fe2O3) are apă atașată cu aproximativ 3/2 H2O; cantitatea de apă nu este fixă astfel x în fața H20.
Această reacție, însă, are loc în etape.
Procesul electrochimic al ruginii
Metale precum fierul se dizolvă într-un proces electrochimic. Aceasta înseamnă că procesul acționează ca o celulă electrochimică (de obicei considerată ca o baterie).
anod va fi o locație în care metalul este stresat sau deteriorat. catod este o altă parte a metalului care nu suferă coroziune. Apa acționează ca electrolitul - podul - și transportă ioni pentru a menține fluxul de electroni în mișcare sau, în acest caz, fluxul de electroni care vor coroda zona anodică a fierului.
Toate procesele electrochimice implică un tip de reacție chimică numită reducerea de oxidare sau reacții redox. Într-o reacție redox, există un transfer de electroni. Transferul de electroni în coroziune este preluat de pe suprafața metalului și transferat către acceptori de electroni corespunzători, cum ar fi oxigenul și hidrogenul.
Reacțiile chimice în două etape ale ruginii
Reacții redox poate fi adesea plasat ca jumătate de reacție pentru a vedea cum se mișcă electronii în reacție. Demi-reacția de oxidare pierde electroni, iar jumătatea de reducere câștigă electroni.
Când apa vine în contact cu fierul, Fe, fierul pierde electroni într-un proces de oxidare:
- La anod, jumătate de reacție de oxidare: Fe (s) → Fe2+(aq) + 2_e_-
Simultan, la catod, o jumătate de reacție de reducere poate fi:
- Reducerea oxigenului gazos: O2(g) + 2H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
- Sau reducerea hidrogenului: 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
- Sau combinația ambelor: O2(g) + 4H+(aq) + 4_e_- → 2H2O (l)
Pe măsură ce ionii de hidrogen sunt consumați, pH-ul crește și devine mai puțin acid și OH- ioni apar în apă. Aceștia reacționează pentru a produce hidroxizi de fier (II) care vor începe să precipite din soluție:
2Fe2+(aq) + 4OH- (aq) → 2Fe (OH)2(s)
Apariția ruginii
Deoarece atât apa, cât și oxigenul sunt ușor disponibile, rugina se va produce în cele din urmă, chiar și în oțel, un aliaj compus în mare parte din fier. Dacă este lăsat neoprit, ruginirea va continua dincolo de pete mici și va acoperi întreaga suprafață.
Liniile curate ale formei originale a unghiei vor da loc unei caracteristici solzoase și apoi unor gropi mici. Deoarece oxidul de fier este o moleculă mai voluminoasă decât fierul inițial, ocupă mai mult spațiu și acest lucru distorsionează forma unghiei pe măsură ce ruginește. Această formă distorsionată face ca balamalele ruginite să se lipească și să scârțâie.
În timp, rugina va ajunge la miez, iar bucata de metal poate fi spartă ușor în mâinile cuiva. Sarea dizolvată în apă nu este una dintre cauzele ruginii, dar accelerează procesul.