Rja je življenjsko dejstvo na Zemlji in vsaj še enem planetu v sončnem sistemu: Marsu. Rdečkast odtenek tega planeta je v veliki meri posledica prisotnosti železovega oksida ali rje na njegovi površini. Rja je rezultat kombinacije železa s kisikom v procesu, imenovanem oksidacija, in prisotnost rje na Marsu kaže, da je morda prišlo do več molekularnega kisika na planetu v preteklosti, čeprav lahko ogljikov dioksid, ki je glavna sestavina današnje atmosfere Marsa, kisik. Poleg plinastega kisika za nastanek rje potrebuje tudi vodo, saj gre za dvostopenjski postopek. To kaže na to, da je bilo na Marsu vode mogoče že zdavnaj.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Za nastanek rje potrebujemo železo, vodo in kisik. Čeprav je to zapleten postopek, je kemijska enačba preprosto 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3.
Prvi korak: oksidacija trdnega železa
Splošno znano je, da se rja pojavi, če na kovinskem orodju pustite vodo ali jo pustite izpostavljeno vlažnemu zraku. To je zato, ker prvi korak v procesu rjavenja vključuje raztapljanje trdnega železa v raztopino. Formula za to je:
Fe (i) → Fe2+(aq) + 2e-
Elektroni, ki nastanejo s to reakcijo, se v vodi kombinirajo z vodikovimi ioni in raztopljenim kisikom:
4e- + 4H+(aq) + O2(aq) → 2H2O (l)
Ti dve reakciji tvorita ione vode in železa (II), vendar ne rjavijo. Da bi se to oblikovalo, se mora zgoditi druga reakcija.
Drugi korak: tvorba hidratiranega železovega oksida (rje)
Poraba vodikovih ionov, ki se pojavi, ko se železo raztopi, pušča prevlado hidroksida (OH-) ioni v vodi. Ioni železa (II) reagirajo z njimi in tvorijo zeleno rjo:
Fe2+(vod.) + 2OH-(aq) → Fe (OH)2(s)
To še ni konec zgodbe. Ioni železa (II) se v vodi kombinirajo tudi z vodikom in kisikom, da tvorijo železove (III) ione:
4Fe2+(vod.) + 4H+(aq) + O2(aq) → 4Fe3+(vod.) + 2H2O (l)
Ti železovi ioni so odgovorni za nastanek rdečkaste usedline, ki postopoma poje luknje v avtomobilih in kovinskih kritinah po vsem svetu. Združijo se z dodatnimi hidroksidnimi ioni in tvorijo železov (III) hidroksid:
Fe3+(vod.) + 3OH-(aq) → Fe (OH)3
Ta spojina dehidrira, da postane Fe2O3.H2O, ki je kemijska formula rje.
Pisanje uravnotežene enačbe
Če želite napisati uravnoteženo enačbo za celoten postopek, morate poznati le začetne reaktante in produkte reakcije. Reaktanti so železo (Fe), kisik (O2) in vodo (H2O), proizvod pa je železov (III) hidroksid Fe (OH)3, torej Fe + O2 + H2O → Fe (OH)3. V uravnoteženi enačbi mora biti na obeh straneh enačbe enako število atomov kisika, vodika in železa. Število atomov vodika uravnotežite tako, da število molekul vode pomnožite s 6 in število molekul hidroksida s 4. Nato morate pomnožiti število O2 molekul za 3 in število ionov Fe za 4. Rezultat je:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3