Ruggine È una macchia bruno-rossastra che compare su superfici ferrose o ferrose quando sono esposte all'aria e all'umidità. Poiché il ferro metallico è instabile a contatto con l'aria, si forma per ossidazione del ferro metallico in ossidi o idrossidi di ferro, comunemente rappresentati dalla formula chimica FeOOH.
La ruggine è un grave problema per la società in quanto danneggia in modo significativo strutture come ponti, edifici, veicoli, motori, tra gli altri, che richiedono grandi spese di riparazione e manutenzione. La ruggine è un tipo di corrosione, un fenomeno spontaneo di distruzione di metalli e leghe. Attualmente vengono utilizzate diverse tecniche, come la zincatura, per ridurre gli impatti della formazione di ruggine.
Leggi anche: In che modo l'aria salata è correlata alla corrosione dei metalli?
sintesi della ruggine
La ruggine è caratterizzata da macchie bruno-rossastre che si formano su superfici in ferro e leghe ferrose a contatto con aria e umidità.
La ruggine si forma quando il ferro, che è instabile in presenza di ossigeno atmosferico, viene ossidato a ossidi e idrossidi di ferro.
Può essere rappresentato dalla formula chimica generale FeOOH.
Il componente principale della ruggine è l'ossido di ferro III idrato, Fe2O3∙H2O.
La ruggine è un grave problema per paesi e aziende, poiché i costi di manutenzione e riparazione sono elevati.
Provoca forti impatti strutturali, in quanto indebolisce meccanicamente le strutture metalliche.
Esistono tecniche per diminuire o attenuare la ruggine, come la protezione catodica e la zincatura.
La formazione di ruggine è un tipo di corrosione.
Cosa causa la ruggine?
La ruggine è un macchia bruno-rossastra che compare sulle superfici metalliche, in particolare su ferro e leghe ferrose, quando sono esposte all'atmosfera o immerse in acque naturali. In quel caso, ferro metallico (Fe) viene ossidato a una miscela di ossidi (Fe2O3∙H2O e Fe3O4) e idrossidi (Fe(OH)2, Fe(OH)3) di ferro, che sono anche comunemente rappresentate dalla formula FeOOH, che cerca di condensare tutte le fasi ferrose presenti nella ruggine.
Il processo che causa la ruggine è chimicamente noto come corrosione., conseguenza dell'azione dell'ambiente su un materiale, che porta al suo deterioramento, a partire dalla sua superficie.
Come si forma la ruggine?
Il ferro metallico è termodinamicamente instabile in presenza di ossigeno gassoso., che costituisce circa il 20% della nostra atmosfera ed è il mezzo in cui tale metallo è più frequentemente esposto.
In queste condizioni, il suo ossido forma FeO (ossido di ferro II), Fe2O3 (ossido di ferro III) e Fe3O4 (Ferro II, III ossido). La presenza di acqua rende il fluido ancora più aggressivo, favorendo la formazione di ruggine (FeOOH). Così come i sali basici e gli idrossidi hanno bisogno di acqua per la loro formazione, anche la ruggine, una miscela di ossidi e idrossidi, ha bisogno di acqua, rendendo chiaro il ruolo dell'umidità relativa:
4Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
Nelle regioni con elevata umidità relativa dell'aria, è comune la formazione del cosiddetto pelo di corrosione., dovuto alla formazione di uno strato d'acqua che si condensa (liquefa) sulla superficie metallica in tutto o in parte.
In questo caso bisogna prestare attenzione ai potenziali di riduzione standard delle specie coinvolte:
Fede2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Fede3+ (qui)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
I valori lo dimostrano Il processo in cui Fe viene ossidato da O è chimicamente spontaneo.2 disciolto in acqua, poiché il ferro ha un potenziale di riduzione standard inferiore. Pertanto, dobbiamo:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 e–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 e– → 4OH– (Qui)
In breve, La formazione di ruggine può essere data come:
2Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Sebbene la concentrazione di ossigeno nell'aria sia costante, la sua solubilità in acqua è bassa (1,4 x 10–3 mol. l–1 H2O a 20 °C), che si consuma rapidamente sulla superficie dell'acciaio (lega metallica composta principalmente da ferro e carbonio). Sebbene costantemente rifornito dall'aria, questo ossigeno, ad ogni istante, deve passare attraverso uno strato strato più spesso di ruggine per colpire nuovamente l'acciaio, che rallenta la velocità della ruggine nel tempo. corrosione.
tipi di ruggine
La ruggine varierà di colore a seconda della quantità di ossigeno e umidità.
Ruggine rossa: ricco di Fe2O3∙H2O (ossido di ferro III idrato), si presenta in ambienti ad alta ossigenazione e umidità, essendo la forma più comune, formandosi uniformemente.
Ruggine gialla: ricco di FeO(OH)H2O (o Fe(OH)3), si verifica in ambienti ad alta umidità, solitamente in metalli trovati con grandi quantità di acqua stagnante, come vicino a lavandini e vasche da bagno.
ruggine nera: ricco di Fe3O4, si verifica in ambienti con bassa concentrazione di ossigeno e moderata umidità. Appare come punti neri, non essendo prodotti rapidamente, e quindi è facile da combattere.
ruggine marrone: ricco di Fe2O3, avviene in ambienti con alta concentrazione di ossigeno e bassa umidità (anche senza). Per questo motivo è un tipo di ruggine molto più secco, non uniforme, ma in punti specifici della superficie.
Vedi anche: Quali sono i tipi di corrosione?
Composizione chimica della ruggine
Comunemente si dice così La ruggine è composta da ossido di ferro III idrato (Fe2O3∙H2O), ma si può capire che nella sua composizione sono presenti altre specie di ferro. come il ferro è un metallo poco stabile a contatto con l'ossigeno dell'aria, è normale che parti di questo metallo formino un sottile strato di Fe3O4 (magnetite) sulla sua superficie. Il costante contatto con l'ossigeno dell'aria e l'umidità danno origine ad altre specie ossidate, come il FeOOH, nelle forme cristalline α-FeOOH (goethite) e γ-FeOOH (lepidocrocite). Queste specie si sovrappongono a strati lungo la ruggine.
conseguenze della ruggine
Il processo di formazione della ruggine rientra nel campo della corrosione., un problema di grande impatto sulle economie dei paesi industrializzati e sviluppati.
Si stima che circa il 30% della produzione mondiale di ferro e acciaio venga persa a causa della corrosione., un costo che può corrispondere dall'1 al 5% del PIL dei paesi. Nel 2019, ad esempio, il Brasile ha speso circa 290 miliardi di BRL (circa il 4% del suo PIL) per la manutenzione anticorrosione.
I costi di manutenzione delle strutture sono necessari, poiché la sostituzione può essere più costosa e, inoltre, la ruggine provoca gravi danni alla sicurezza strutturale. Quando si ossida, il metallo perde le sue buone proprietà meccaniche. Gli ossidi che si formano, in genere, sono fragili e possono compromettere parti, strutture e attrezzature. Non solo, possono anche contaminare il prodotto confezionato, se questo, ad esempio, è cibo.
Oltre ai costi diretti di sostituzione e manutenzione di parti arrugginite, ruggine può anche portare problemi indiretti. Una struttura come un ponte o un cavalcavia, che necessita di essere chiusa per lavori di manutenzione, può causare gravi disagi alla circolazione delle persone, con ripercussioni sulle comunità e sulla routine lavorativa. I macchinari arrugginiti possono perdere efficienza o essere rimossi dalla linea di produzione per manutenzione, riducendo così la produttività.
Come evitare la ruggine?
Attualmente esistono già tecniche antiossidanti o anticorrosive che riducono drasticamente la formazione di ruggine sulle parti metalliche. Tra questi, possiamo evidenziarne alcuni, come ad esempio protezione catodica e anodica, rivestimenti anticorrosione e inibitori di corrosione.
Nella protezione catodica, il metallo di interesse è protetto da un metallo di più facile ossidazione (minore potenziale di riduzione) inserito nella sua struttura, che dà origine ad una cella galvanica. In questo modo il metallo inserito funge da anodo, si ossida e quindi protegge la struttura metallica di interesse, che funge da catodo e rimane nella sua forma ridotta (metallica). L'anodo inserito è comunemente noto, in questa tecnica, come “metallo sacrificale”, proprio perché si ossida al posto di un altro.
L'utilizzo di rivestimenti impedisce alla struttura metallica di entrare in contatto con l'ambiente ossidativo, creando così una barriera che ostacolerà o addirittura impedirà la formazione di ruggine. Un esempio sono le vernici epossidiche e il minio rosso, che proteggono tubi, ringhiere, cancelli, tra gli altri oggetti. Un altro rivestimento noto è la galvanizzazione, che consiste nel rivestire il pezzo di ferro con un metallo meno nobile. È il caso delle viti zincate, in cui la struttura in ferro è rivestita di zinco metallico.
Gli inibitori di corrosione sono sostanze chimiche, di natura organica o inorganica, che vengono aggiunte all'ambiente per impedire il processo di formazione della ruggine. L'idea è quella di generare prodotti nel mezzo che formino pellicole protettive e facciano da barriera al metallo, rendendo difficile il contatto con il mezzo ossidante. Per ulteriori informazioni sui modi per prevenire la ruggine, fare clic su Qui.
Qual è la differenza tra ruggine e corrosione?
La ruggine è in realtà la sostanza che si forma durante il processo di corrosione del ferro e delle sue leghe, come l'acciaio. La corrosione è più ampia, in quanto riguarda tutti i processi di distruzione spontanea di metalli e leghe, causato da interazioni chimiche, biochimiche ed elettrochimiche tra metalli e leghe con l'ambiente ambiente. Durante la corrosione, i metalli vengono convertiti in composti termodinamicamente più stabili come ossidi, idrossidi, sali o carbonati. Pertanto, possiamo dirlo la formazione di ruggine è uno dei processi di corrosione.
Alcuni autori affermano che la ruggine è una conseguenza del processo di corrosione o corrosione a umido elettrochimica, poiché un tale processo necessita della presenza di acqua per avvenire e avviene spontaneamente.
Fonti
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Di Stefano Araujo Novais
Insegnante di chimica
