Rugini Este o pată maro-roșcată care apare pe suprafețele de fier sau feroase atunci când sunt expuse la aer și umiditate. Deoarece fierul metalic este instabil în contact cu aerul, se formează prin oxidarea fierului metalic în oxizi sau hidroxizi de fier, reprezentați în mod obișnuit prin formula chimică FeOOH.
Rugina este o problemă majoră pentru societate, deoarece deteriorează semnificativ structuri precum poduri, cladiri, vehicule, motoare, printre altele, necesitand cheltuieli mari cu reparatii si întreținere. Rugina este un tip de coroziune, un fenomen spontan de distrugere a metalelor și aliajelor. În prezent, mai multe tehnici, cum ar fi galvanizarea, sunt folosite pentru a reduce impactul formării ruginii.
Citeste si: Cum este legat aerul sărat cu coroziunea metalelor?
Subiectele acestui articol
- 1 - Rezumat despre rugina
- 2 - Ce cauzează rugina?
- 3 - Cum apare rugina?
- 4 - Tipuri de rugină
- 5 - Compoziția chimică a ruginii
- 6 - Consecințele ruginii
- 7 - Cum să evitați rugina?
- 8 - Care este diferența dintre rugină și coroziune?
rezumat rugina
Rugina se caracterizează prin pete brun-roșcatice care se formează pe suprafețele de fier și aliajele feroase care sunt în contact cu aerul și umezeala.
Rugina se formează atunci când fierul, care este instabil în prezența oxigenului atmosferic, este oxidat în oxizi și hidroxizi de fier.
Poate fi reprezentat prin formula chimică generală FeOOH.
Componenta principală a ruginii este oxidul hidratat de fier III, Fe2O3∙H2O.
Rugina este o problemă majoră pentru țări și companii, deoarece costurile de întreținere și reparații sunt mari.
Cauzează impacturi structurale majore, deoarece slăbește mecanic structurile metalice.
Există tehnici pentru a reduce sau atenua rugina, cum ar fi protecția catodică și galvanizarea.
Formarea ruginii este un tip de coroziune.
Ce cauzează rugina?
Rugina este o pată brun-roșcată care apare pe suprafețele metalice, mai precis pe fier și aliaje feroase, atunci când sunt expuse în atmosferă sau scufundate în ape naturale. In acest caz, fier metalic (Fe) este oxidat la un amestec de oxizi (Fe2O3∙H2O și Fe3O4) și hidroxizi (Fe(OH)2, Fe(OH)3) de fier, care sunt reprezentate în mod obișnuit de formula FeOOH, care urmărește să condenseze toate fazele de fier prezente în rugină.
Procesul care provoacă rugina este cunoscut din punct de vedere chimic sub denumirea de coroziune., consecință a acțiunii mediului asupra unui material, care duce la deteriorarea acestuia, începând de la suprafața acestuia.
Nu te opri acum... Mai sunt dupa publicitate ;)
Cum apare rugina?
Fierul metalic este instabil termodinamic în prezența oxigenului gazos., care constituie aproximativ 20% din atmosfera noastră și este mediul în care un astfel de metal este expus cel mai frecvent.
În aceste condiții, oxidul său formează FeO (oxid de fier II), Fe2O3 (oxid de fier III) și Fe3O4 (oxid de fier II, III). Prezența apei face mediul și mai agresiv, favorizând formarea ruginii (FeOOH). Așa cum sărurile și hidroxizii bazici au nevoie de apă pentru formarea lor, rugina, un amestec de oxizi și hidroxizi, are nevoie de apă, clarificând rolul umidității relative:
4 Fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
În regiunile cu umiditate relativă ridicată a aerului, formarea așa-numitei grămezi de coroziune este comună., datorită formării unei foi de apă care se condensează (se lichefiază) pe suprafața metalică în totalitate sau în parte.
În acest caz, trebuie să acordăm atenție potențialelor standard de reducere ale speciilor implicate:
Credinţă2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Credinţă3+ (aici)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Valorile arată asta Procesul în care Fe este oxidat de O este spontan din punct de vedere chimic.2 dizolvată în apă, deoarece fierul are un potențial de reducere standard mai scăzut. Prin urmare, trebuie să:
Fe(e) → Fe2+ (aq) + 2 și–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 și– → 4OH– (Aici)
Pe scurt, Formarea ruginii poate fi dată ca:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Deși concentrația de oxigen în aer este constantă, solubilitatea acestuia în apă este scăzută (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O la 20 °C), care se consumă rapid pe suprafața oțelului (aliaj metalic compus în principal din fier și carbon). Deși este umplut constant de aer, acest oxigen, în fiecare clipă, trebuie să treacă printr-un strat strat mai gros de rugină pentru a lovi din nou oțelul, ceea ce încetinește viteza ruginii în timp. coroziune.
tipuri de rugina
Rugina va varia în culoare în funcție de cantitatea de oxigen și umiditate.
Rugina rosie: bogat în Fe2O3∙H2O (oxid de fier hidratat III), apare în medii cu oxigenare și umiditate ridicată, fiind cea mai comună formă, formându-se uniform.
Rugina galbena: bogat în FeO(OH)H2O (sau Fe(OH)3), apare în medii cu umiditate ridicată, de obicei în metalele găsite cu cantități mari de apă stătătoare, cum ar fi lângă chiuvete și căzi.
rugina neagra: bogat în Fe3O4, apare în medii cu concentrație scăzută de oxigen și umiditate moderată. Apare sub formă de pete negre, nefiind produse rapid și, prin urmare, este ușor de combatet.
rugina maro: bogat în Fe2O3, apare în medii cu o concentrație mare de oxigen și umiditate scăzută (chiar și fără). Din acest motiv, este un tip de rugină mult mai uscat, care nu are loc uniform, ci în anumite puncte de pe suprafață.
Vezi si: Care sunt tipurile de coroziune?
Compoziția chimică a ruginii
În mod obișnuit, se spune că Rugina este compusă din oxid hidratat de fier III (Fe2O3∙H2O), dar se poate înțelege că în compoziția sa sunt prezente și alte specii de fier. ca fierul este un metal Puțin stabil în contact cu oxigenul din aer, este normal ca părți din acest metal să formeze un strat subțire de Fe3O4 (magnetită) pe suprafața sa. Contactul constant cu oxigenul din aer și umiditate dă naștere la alte specii oxidate, precum FeOOH, în formele cristaline α-FeOOH (goethit) și γ-FeOOH (lepidocrocit). Aceste specii se suprapun în straturi de-a lungul ruginii.
consecințele ruginii
Procesul de formare a ruginii este în domeniul coroziunii., o problemă de mare impact asupra economiilor țărilor industrializate și dezvoltate.
Se estimează că aproximativ 30% din producția mondială de fier și oțel se pierde din cauza coroziunii., un cost care poate corespunde cu 1 până la 5% din PIB-ul țărilor. În 2019, de exemplu, Brazilia a cheltuit aproximativ 290 de miliarde de BRL (aproximativ 4% din PIB) pentru întreținerea coroziunii.
Costurile de întreținere a structurilor sunt necesare, deoarece înlocuirea poate fi mai costisitoare și, în plus, rugina provoacă daune grave siguranței structurale.. La oxidare, metalul își pierde proprietățile mecanice bune. Oxizii formați, în general, sunt fragili și pot compromite piese, structuri și echipamente. Nu numai atât, pot contamina și produsul ambalat, dacă acesta, de exemplu, este hrană.
Pe lângă costurile directe de înlocuire și întreținere a pieselor ruginite, rugina poate aduce și probleme indirecte. O structură precum un pod sau un pasaj superior, care trebuie închisă pentru întreținere, poate provoca perturbări majore în circulația oamenilor, afectând comunitățile și rutina de lucru. Mașinile ruginite pot pierde eficiența sau pot fi scoase de pe linia de producție pentru întreținere, scăzând astfel productivitatea.
Cum să evitați rugina?
În prezent există deja tehnici antioxidante sau anticorozive care reduc drastic formarea ruginii pe piesele metalice. Dintre acestea, putem evidenția unele, precum protectie catodica si anodica, acoperiri anticorozive si inhibitori de coroziune.
In protectia catodica, metalul de interes este protejat de un metal de oxidare mai usoara (potential de reducere mai scazut) introdus in structura sa, care da nastere unei celule galvanice. In acest fel, metalul introdus actioneaza ca un anod, se oxideaza si apoi protejeaza structura metalica de interes, care actioneaza ca un catod si ramane in forma sa redusa (metalica). Anodul introdus este cunoscut, în această tehnică, drept „metal de sacrificiu”, tocmai pentru că se oxidează în locul altuia.
Utilizarea acoperirilor previne contactul structurii metalice cu mediul oxidativ, creând astfel o barieră care va împiedica sau chiar preveni formarea ruginii. Un exemplu sunt vopselele epoxidice și plumbul roșu, care protejează conductele, balustradele, porțile, printre altele. O altă acoperire cunoscută este galvanizarea, care constă în acoperirea piesei de fier cu un metal mai puțin nobil. Este cazul șuruburilor galvanizate, în care structura din fier este acoperită cu metal zinc.
Inhibitorii de coroziune sunt substanțe chimice, de natură organică sau anorganică, care se adaugă mediului înconjurător pentru a preveni procesul de formare a ruginii. Ideea este de a genera produse în mediu care să formeze pelicule protectoare și să acționeze ca o barieră pentru metal, îngreunând contactul cu mediul oxidant. Pentru a afla mai multe despre modalitățile de prevenire a ruginii, faceți clic Aici.
Care este diferența dintre rugină și coroziune?
Rugina este de fapt substanța formată în timpul procesului de coroziune a fierului și aliajelor sale, cum ar fi oțelul. Coroziunea este mai amplă, deoarece se referă la toate procesele de distrugere spontană a metalelor și aliajelor, cauzate de interacțiuni chimice, biochimice și electrochimice dintre metale și aliaje cu mediul mediu inconjurator. În timpul coroziunii, metalele sunt transformate în compuși mai stabili din punct de vedere termodinamic, cum ar fi oxizi, hidroxizi, săruri sau carbonați. Prin urmare, putem spune că formarea ruginii este unul dintre procesele de coroziune.
Unii autori spun că rugina este o consecință a procesului de coroziune umedă sau coroziune electrochimie, deoarece un astfel de proces are nevoie de prezența apei pentru a avea loc și se întâmplă spontan.
Surse
AZ RUST. Ce este rugina și cele mai comune tipuri de rugină. AZ Rust, c2023. Disponibil in: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Cheltuielile pentru a limita coroziunea oțelului au un impact de 4% din PIB-ul brazilian. SEGS, 2022. Disponibil in: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
TEHNOLOGII DE SURFACE CURTISS-WRIGHT. Tipuri de rugină și modul în care tratamentul suprafeței metalului poate ajuta la prevenirea oxidării. Curtiss-Wright Surface Technologies, 2020. Disponibil in: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Coroziune, degradare și îmbătrânire. În: Introducere în Știința Materialelor, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARIES, P. i. W.; MAINIER, F. B. Coroziunea: un exemplu obișnuit de fenomen chimic. Chimie nouă la școală. n. 19, 2004. Disponibil in: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, b. Nu. Ingineria coroziunii: Principii și probleme rezolvate. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. v. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; ACCIARI, H. A. Coroziunea oțelului carbon: o abordare de zi cu zi în predarea chimiei. Noua Chimie, v. 38, nr. 2, p. 293-296, 2015. Disponibil in: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
De Stefano Araujo Novais
Profesor de chimie
Coroziunea metalelor, în principal a fierului, are loc în procesele electrochimice ale reacțiilor de oxidare-reducere.
Înțelegeți de ce aerul marin din regiunile de coastă contribuie la coroziunea structurilor metalice.
Beneficii și daune cauzate de oxigen.
Protecția împotriva coroziunii fierului se poate face cu vopsele, oțeluri speciale sau protecție catodică.
Aflați ce înseamnă termenul de coroziune și care este diferența dintre coroziunea chimică, electrochimică și electrolitică.
