Ruggine: differenze tra le versioni
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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''' è un composto spontaneo costituito da vari [[Ossido di ferro|ossidi di ferro]] idrati e carbonati basici di Fe(III), di colore bruno-rossiccio. |
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La ruggine origina un fenomeno di corrosione dei materiali ferrosi, laddove l'[[ossidazione]] del ferro è favorita dalla presenza di [[ossigeno]] e |
La ruggine origina un fenomeno di corrosione dei materiali ferrosi, laddove l'[[ossidazione]] del ferro è favorita dalla presenza di [[ossigeno]] e |
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[[acqua]], che mettono a disposizione l'ossigeno necessario alle reazioni chimiche coinvolte. |
[[acqua]], che mettono a disposizione l'ossigeno necessario alle reazioni chimiche coinvolte. |
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La formula chimica della reazione che vede coinvolti Fe e H<sub>2</sub>O è la seguente: |
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3Fe + 4H<sub>2</sub>O → Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 4H<sub>2</sub> |
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== Formazione e composizione == |
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=== Corrosione del metallo === |
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Il meccanismo di formazione della ruggine coinvolge [[reazione chimica|reazioni chimiche]] con il [[Anidride carbonica|biossido di carbonio]], l'[[umidità]], l'[[ossigeno]] dell'[[aria]] e l'[[Diossido di zolfo|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 [[Processo di produzione industriale|manufatto]] è sottoposto a sforzo meccanico. |
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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. |
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. |
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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 (elemento)|stagno]], che si [[passivazione|passivano]], cioè si ricoprono di uno strato di [[ossido]] protettivo. |
Il comportamento del [[ferro]] è, rispetto a questo fenomeno, notevolmente diverso da quello di altri [[Metallo|metalli]], quali l'[[alluminio]], il [[nichel]], il [[cromo]], lo [[Stagno (elemento chimico)|stagno]], che si [[passivazione|passivano]], cioè si ricoprono di uno strato di [[ossido]] protettivo. |
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Dato che si formano principalmente ossidi di Fe(III), che |
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 <ref>{{Cita libro|autore=Holleman, A. F.|autore2=Wiberg, E.|titolo=Inorganic Chemistry|editore=Academic Press|città=San Diego|anno=2001|lingua=en|ISBN=0-12-352651-5}}</ref>. |
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=== Reazioni chimiche e composizione della ruggine === |
=== Reazioni chimiche e composizione della ruggine === |
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3Fe + 4H<sub>2</sub>O → Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 4H<sub>2</sub> |
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La reazione principale è sostanzialmente una [[redox]] dove l'ossigeno si riduce ed il ferro si ossida: |
La reazione principale è sostanzialmente una [[ossidoriduzione|redox]] dove l'ossigeno si riduce ed il ferro si ossida: |
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A causa della formazione di anioni [[Gruppo ossidrilico|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. |
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Un modo più raffinato è quello della [[protezione catodica]], utilizzata soprattutto per i [[tubo|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. |
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Esiste tuttavia la possibilità di fermare l'espansione della ruggine già formata trattando la medesima con un [[convertitore di ruggine]] [[Chimica|chimico]] il quale, reagendo con il |
Esiste tuttavia la possibilità di fermare l'espansione della ruggine già formata trattando la medesima con un [[convertitore di ruggine]] [[Chimica|chimico]] il quale, reagendo con il supporto ferroso, forma un [[Film (materiale)|film]] protettivo di [[colore]] nero il quale impedisce ulteriori formazioni di ruggine. |
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Esistono anche in [[commercio]] [[Vernice|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]]. |
Esistono anche in [[commercio]] [[Vernice|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]]. |
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Versione delle 08:46, 6 mag 2015
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
Corrosione del metallo
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
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 + 4e− + 2H2O → 4OH−
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+ + 2e− → Fe3+ + 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
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), zincatura a spruzzo che deposita rivestimenti di zinco fino a 500 um (norma EN ISO 2063.2005), 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
- ^ (EN) Holleman, A. F. e Wiberg, E., Inorganic Chemistry, San Diego, Academic Press, 2001, ISBN 0-12-352651-5.
Voci correlate
Altri progetti
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