Ruggine

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Se riscontri problemi nella visualizzazione dei caratteri, clicca qui.
bussola Disambiguazione – Se stai cercando altri significati, vedi Ruggine (disambigua).
Ruggine che corrode le catene della struttura del Golden Gate a San Francisco
Il Kinzua Bridge, monumento storico americano, crollato nel 2003 anche a causa della corrosione di alcune sue parti
Filo spinato arrugginito
Vernice che si sfoglia da una superficie arrugginita

La ruggine è un composto spontaneo costituito da vari ossidi di ferro idrati e carbonati basici di Fe(III), di colore bruno-rossiccio. La ruggine origina un fenomeno di corrosione dei materiali ferrosi, laddove l'ossidazione del ferro è favorita dalla presenza di ossigeno e acqua, che mettono a disposizione l'ossigeno necessario alle reazioni chimiche coinvolte. La formula chimica della reazione che vede coinvolti Fe e H2O è la seguente:

3Fe + 4H2O -> Fe3O4 + 4H2


Formazione e composizione[modifica | modifica sorgente]

Corrosione del metallo[modifica | modifica sorgente]

Il meccanismo di formazione della ruggine coinvolge reazioni chimiche con il biossido di carbonio, l'umidità, l'ossigeno dell'aria e l'anidride solforosa ed il processo avviene tanto più rapidamente quanto più la superficie è esposta all'aria, e se la superficie è scabra, oppure se il manufatto è sottoposto a sforzo meccanico. Varia è la consistenza con cui si presenta la ruggine: pulverulenta, incoerente e friabile o, se di antica data, compatta. I fenomeni di corrosione che si instaurano sono causa di danni notevoli alle strutture. Il comportamento del ferro è, rispetto a questo fenomeno, notevolmente diverso da quello di altri metalli, quali l'alluminio, il nichel, il cromo, lo stagno, che si passivano, cioè si ricoprono di uno strato di ossido protettivo. Dato che si formano principalmente ossidi di Fe(III), che - a differenza di quelli del Fe(II) - si sfaldano e non aderiscono alla superficie, lo strato di ruggine si sgretola scoprendo la parte sottostante composta da Fe(0), che è esposto continuamente al processo fino a quando non è consumato [1].

Reazioni chimiche e composizione della ruggine[modifica | modifica sorgente]

Vi sono diverse forme di ruggine, alla quale corrispondono diverse reazioni e prodotti finali. La formula chimica della reazione che vede coinvolti Fe e H2O è la seguente:

3Fe + 4H2O -> Fe3O4 + 4H2

La reazione principale è sostanzialmente una redox dove l'ossigeno si riduce ed il ferro si ossida:

O2 + 4 e- + 2 H2O → 4 OH-

A causa della formazione di anioni ossidrili questo processo è largamente influenzato dalla presenza di acidi o basi (la corrosione di quasi tutti i metalli è favorita da pH acidi), oltre che dall'umidità e dall'ossigeno. Gli elettroni per la riduzione dell'ossigeno sono forniti dal ferro:

Fe → Fe2+ + 2 e → Fe3+ + 1 e

La complessità delle varie reazioni in gioco poi si esplica con la formazione di numerose reazioni correlate, ad esempio:

2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
4Fe + 3O2 + 2H2O → 2Fe2O3•H2O
6Fe + 4O2 → 2Fe3O4

Anche la presenza di anidride solforosa e anidride carbonica può avere un ruolo in queste reazioni, ad esempio:

Fe + 2H2O + 2CO2 Fe(HCO3)2 + H2
2Fe(HCO3)2 + O2 2FeO(OH) + 8CO2 + 2H2O

La composizione della ruggine è quindi molto variabile a seconda dei materiali e delle condizioni di ossidazione (acidità, ossigeno, acqua, anidride carbonica).

Se l'ossigeno è abbondante quasi tutto il Fe(II) si ossiderà a Fe(III). Se invece è in difetto il Fe(II) in forma di FeO e dei suoi idrati sarà più abbondante (ma sempre minoritario).

La presenza (o meno) di umidità ha un effetto anche sulle seguenti reazioni di equilibrio:

Fe(OH)2 FeO + H2O
Fe(OH)3 FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) Fe2O3 + H2O

Di fatto la composizione della ruggine può contenere, in ordine di importanza:

  • Fe2O3 (oltre il 30-40%, anche fino al 97%)
  • Fe(OH)3, FeO(OH), Fe3O4, FeO, Fe(OH)2
  • Fe3+ e Fe2+ ionici e tracce di altri metalli e derivati

Sistemi di prevenzione[modifica | modifica sorgente]

Il più efficace e comune sistema per difendere ferro, acciaio e ghisa dalla corrosione da ruggine è la zincatura, procedimento che permette di ricoprire il materiale di uno strato di zinco. Può essere effettuata a caldo (in un bagno di zinco fuso), elettroliticamente (mediante deposizione catodica) oppure a freddo (trattamenti analoghi ad una verniciatura con formulazioni a base di zinco).

Un altro comune sistema per evitare la formazione di ruggine è l'utilizzo di vernice protettiva e, in particolare, vernici formulate con il minio che è un ossido di piombo. Tuttavia una volta che si innescano fenomeni di corrosione al di sotto dello strato di vernice questi aggrediscono irreversibilmente il materiale, sfogliando la vernice.

Un modo più raffinato è quello della protezione catodica, utilizzata soprattutto per i tubi interrati e per i depositi sotterranei di carburante: il metodo consiste nel collegare la struttura con un metallo, in particolare magnesio, che si ossida preferenzialmente.

Esiste tuttavia la possibilità di fermare l'espansione della ruggine già formata trattando la medesima con un convertitore di ruggine chimico il quale, reagendo con il supporto ferroso, forma un film protettivo di colore nero il quale impedisce ulteriori formazioni di ruggine.

Esistono anche in commercio vernici colorate contenenti convertitori di ruggine da stendere a pennello o in bomboletta spray le quali permettono di eseguire una verniciatura ed una protezione del metallo arrugginito in una sola passata, permettendo quindi di risparmiare tempo.


Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]