Arrugginimento del ferro è il processo mediante il quale viene prodotta la ruggine. La ruggine in chimica è un composto chimico che si forma dall'ossidazione del ferro ed è di colore bruno-rossastro. La ruggine si forma quando il ferro reagisce con l'acqua in presenza di acqua.
La ruggine del ferro è molto dannosa per varie macchine e altre apparecchiature realizzate in ferro, poiché le rende deboli e diminuisce la durata della macchina. In questo articolo impareremo a conoscere la ruggine del ferro, i fattori che influenzano la ruggine del ferro e altri in dettaglio.
Tabella dei contenuti
- Arrugginimento del ferro
- Qual è la chimica dietro la ruggine del ferro?
- Fattori che influenzano la ruggine del ferro
- Quali sono i danni causati dalla ruggine degli oggetti in ferro?
- Come si può prevenire la ruggine?
- Perché la ruggine è un fenomeno indesiderato?
Arrugginimento del ferro
La ruggine è il fenomeno della formazione di un rivestimento bruno-rossastro sulla superficie del ferro a causa dell'azione dell'aria umida, e il rivestimento bruno-rossastro viene chiamato ruggine. In parole povere, la ruggine è una sostanza scagliosa di colore rosso-marrone che si forma quando un oggetto di ferro viene esposto all'aria umida per un lungo periodo di tempo. Ruggine è il termine per questo fenomeno. La ruggine lo è ossidazione di ferro.
La ruggine del ferro e dell'acciaio è l'esempio più diffuso di metallo corrosione . La ruggine dei sistemi di scarico e della carrozzeria dei veicoli, dei tubi dell'acqua e di molti tipi di strutture in acciaio sono tutti esempi ben noti. L'azione combinata dell'aria e dell'acqua sul ferro ne provoca la ruggine. La ruggine non si forma in aria completamente secca o in aria completamente priva di acqua. Le condizioni atmosferiche ed i relativi contributi dei componenti che regolano la ruggine definiscono la particolare composizione della ruggine. È composto principalmente da ossido ferrico idrato, quindi è la formula chimica della ruggine Fede 2 O 3 .xH 2 O .La seguente risposta può caratterizzare approssimativamente la sua formazione:
4Fe+3O 2 +2xH 2 O→2Fe 2 O 3 .xH 2 O
La superficie esterna del ferro arrugginisce prima in presenza di aria umida e sulla superficie si deposita uno strato di ossido ferrico idrato (ruggine). Questo strato è delicato e poroso e, se diventa troppo spesso, potrebbe cadere. Gli strati più bassi di ferro sono esposti all'ambiente, causandone la ruggine. Il ferro alla fine perde la sua forza man mano che il processo continua.
Qual è la chimica dietro la ruggine del ferro?
La ruggine del ferro è una reazione di ossidazione. Durante la ruggine, il ferro si combina con l'ossigeno presente nell'aria in presenza di acqua per generare Fe2O3.xH2O, un ossido di ferro (III) idrato.
Questo ossido di ferro idrato (Ill) viene chiamato ruggine. La ruggine è in gran parte ossido di ferro (III) idratato, Fe 2 O 3 .xH 2 O . Il colore della ruggine è bruno-rossastro. Abbiamo tutti notato ruggine bruno-rossastra su chiodi, viti, tubi e ringhiere di ferro. Se esposto all'aria umida, non solo il ferro, ma anche l'acciaio, arrugginisce. L’acciaio, invece, è più resistente alla ruggine rispetto al ferro.
La ruggine del ferro è un cambiamento chimico
Ruggine si forma quando il ferro (o una lega di ferro) viene esposto all'ossigeno in presenza di umidità. Questa reazione non è istantanea; piuttosto, si svolge in un lungo periodo di tempo. Gli ossidi di ferro si formano quando gli atomi di ossigeno si combinano con atomi di ferro. Di conseguenza, i legami tra gli atomi di ferro nell'oggetto/struttura vengono indeboliti.
Lo stato di ossidazione del ferro aumenta a causa della reazione di ruggine, seguita dalla perdita di elettroni. La ruggine è composta principalmente da due tipi di ossidi di ferro che differiscono nello stato di ossidazione dell'atomo di ferro. Questi sono gli ossidi:
- L'ossido di ferro (II) è noto anche come ossido ferroso. Questa sostanza ha uno stato di ossidazione di +2 e la formula chimica Brutto .
- L'ossido di ferro (III), spesso noto come ossido ferrico, è un composto in cui l'atomo di ferro ha uno stato di ossidazione pari a +3. Fede 2 O 3 è la formula chimica di questa sostanza.
Il ferro è un agente riducente, ma l'ossigeno è un eccellente agente ossidante. Quando esposto all'ossigeno, l'atomo di ferro cede facilmente elettroni. La reazione chimica è descritta come segue:
Fede → Fede 2+ +2e –
Quando è presente acqua, l'atomo di ossigeno aumenta lo stato di ossidazione del ferro.
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4Fe 2+ +O 2 → 4Fe 3+ +2O 2-
I cationi ferro e le molecole d'acqua subiscono ora le seguenti reazioni acido-base.
Fede 2+ +2H 2 O ⇌ Fe(OH) 2 +2H +
Fede 3+ + 3 ore 2 O ⇌ Fe(OH) 3 + 3 ore +
La reazione diretta tra i cationi ferro e gli ioni idrossido produce anche idrossidi di ferro.
O 2 + H 2 O+4e – → 4OH –
Fede 2+ +2OH – → Fe(OH) 2
Fede 3+ +3OH – → Fe(OH) 3
Gli idrossidi di ferro che ne risultano sono ora disidratati, producendo gli ossidi di ferro che compongono la ruggine. In questo processo sono coinvolti molti processi chimici, alcuni dei quali sono riportati di seguito.
- Fe(OH) 2 ⇌ FeO+H 2 O
- 4Fe(OH) 2 +O 2 +xH 2 O→2Fe 2 O 3 .(x+4)H 2 O
- Fe(OH) 3 ⇌ FeO(OH) + H 2 O
- FeO(OH) ⇌ Fe 2 O 3 + H 2 O
Tutte le reazioni chimiche sopra elencate hanno una cosa in comune: richiedono tutte la presenza di acqua e ossigeno. Di conseguenza, la quantità di ossigeno e acqua che circonda il metallo può essere limitata per prevenire la ruggine.
Fattori che influenzano la ruggine del ferro
Molti fattori contribuiscono all’arrugginimento del ferro, tra cui la quantità di umidità presente nell’aria e il pH dell’ambiente circostante. Di seguito sono riportati alcuni di questi elementi.
- Umidità: La disponibilità di acqua nell'ambiente limita la corrosione del ferro. La causa più diffusa della ruggine è l'esposizione alla pioggia.
- Il processo di ruggine viene accelerato se il pH dell'ambiente attorno al metallo è basso. Quando il ferro è esposto alle piogge acide, arrugginisce più rapidamente. La corrosione del ferro è rallentata da un pH più elevato.
- A causa della presenza di vari sali nell'acqua, il ferro arrugginisce più rapidamente. Molti ioni presenti nell'acqua salata accelerano il processo di ruggine attraverso processi elettrochimici.
- Impurità: Rispetto al ferro che contiene una varietà di metalli, il ferro puro arrugginisce più lentamente.
Anche la dimensione dell'oggetto di ferro può influenzare la velocità con cui arrugginisce. Un enorme oggetto di ferro, ad esempio, probabilmente presenterà piccoli difetti dovuti al processo di fusione. Questi difetti forniscono una piattaforma per attacchi ambientali al metallo.
Esperimento per dimostrare che l'aria e l'umidità sono essenziali per la ruggine
Procedura per dimostrare che la ruggine richiede umidità e aria.
- Chiodi di ferro puliti devono essere posizionati in ciascuno dei tre barattoli di prova etichettati A, B e C.
- Riempire la provetta A con acqua del rubinetto e tapparla.
- Riempire la provetta B con acqua distillata calda, quindi aggiungere circa 1 ml di olio e tapparla. L'olio galleggerà sulla superficie dell'acqua, impedendo all'aria di evaporare.
- Riempire la provetta C con cloruro di calcio anidro e tapparla. L'eventuale umidità presente nell'aria verrà assorbita dal cloruro di calcio anidro.
- Lasciare riposare le provette per alcuni giorni prima di osservarle.
Osservazione
Secondo i risultati, i chiodi di ferro arrugginiscono nella provetta A ma non nelle provette B e C. I chiodi nella provetta A si sono corrosi perché esposti sia all'aria che all'acqua. I chiodi della provetta B sono esposti esclusivamente all’acqua, ma i chiodi della provetta C sono esposti all’aria secca.
Conclusione
Questo esperimento dimostra che la formazione di ruggine richiede sia aria (ossigeno) che umidità.
Quali sono i danni causati dalla ruggine degli oggetti in ferro?
La ruggine è permeabile e morbida e, quando scivola via dalla superficie di un oggetto di ferro arrugginito, il ferro sottostante si arrugginisce. Di conseguenza, la ruggine del ferro è un processo costante che nel tempo corrode gli oggetti in ferro, rendendoli inutilizzabili. La ruggine del ferro provoca danni significativi nel tempo poiché viene utilizzato per costruire un'ampia gamma di strutture e beni, inclusi ponti, griglie, ringhiere, cancelli e carrozzerie di automobili, autobus, camion e navi. Inutile dire che dovremmo avere un modo per evitare che il ferro si arrugginisca.
Come si può prevenire la ruggine?
La perdita di oggetti in ferro a causa della ruggine ha un enorme impatto economico sul Paese e deve essere evitata. Per evitare che gli oggetti in ferro si arrugginiscano, vengono impiegate diverse tecniche. Per tenere fuori l'aria e l'acqua, la maggior parte dei metodi richiede di coprire il pezzo di ferro con qualcosa. Di seguito sono riportati alcuni dei modi più diffusi per evitare che il ferro arrugginisca:
La ruggine del ferro può essere prevenuta verniciando:
Rivestire la superficie del ferro con vernice è il modo più diffuso per evitare che si arrugginisca. Quando la vernice viene posta sulla superficie di un oggetto in ferro, impedisce all'aria e all'umidità di entrare in contatto con l'oggetto, prevenendone la ruggine. Per prevenire la ruggine, le griglie delle finestre, le ringhiere, i ponti di ferro, gli arredi in acciaio, le carrozze ferroviarie e le carrozzerie di automobili, autobus e camion, tra le altre cose, vengono tutti verniciati regolarmente.
La ruggine del ferro può essere prevenuta applicando grasso o olio:
Quando grasso o olio vengono posti sulla superficie di un oggetto di ferro, si impedisce all'aria e all'umidità di entrare in contatto con esso, prevenendo la corrosione. Gli utensili e le parti di macchine in ferro e acciaio, ad esempio, vengono strofinati con grasso o olio per prevenire la corrosione.
La ruggine del ferro può essere prevenuta mediante la legatura:
L'acciaio inossidabile viene creato quando il ferro viene legato con cromo e nichel. L'acciaio inossidabile è impermeabile alla ruggine. Gli utensili da cucina, le forbici e le attrezzature mediche in acciaio inossidabile, ad esempio, non si corrodono. L’acciaio inossidabile, invece, è troppo costoso per essere utilizzato in grandi quantità.
Ascoltare
Lo stagno non è tossico e la sua reattività è inferiore a quella del ferro. Le lattine per alimenti sono in scatola, il che implica che hanno un sottile strato di stagno su di esse. Di conseguenza, quando un sottile rivestimento elettrolitico di stagno metallico viene depositato su oggetti in ferro e acciaio, gli oggetti in ferro e acciaio sono protetti dalla ruggine. Le scatole tiffin placcate in stagno vengono utilizzate perché non sono tossiche e non contaminano il cibo all'interno. La stagnatura previene la ruggine del ferro.
Smaltatura
La smaltatura è una procedura ad alta temperatura che prevede la fusione del vetro in polvere in un substrato metallico. Gli smalti possono essere utilizzati su una varietà di superfici, inclusi vetro e ceramica. La smaltatura previene l'arrugginimento del ferro.
Galvanizzazione
La zincatura protegge gli articoli esposti a un'umidità eccessiva, come le coperture del tetto e le condutture, dalla ruggine. La zincatura è la tecnica di applicazione di un sottile strato di zinco sull'acciaio e sul ferro per prevenire la ruggine. Il ferro zincato è ferro che è stato zincato. Lo zinco è più reattivo del ferro, quindi in presenza di umidità interagisce con l'ossigeno generando uno strato invisibile di ossido di zinco che lo protegge da ulteriore ruggine. Vale la pena notare che anche se il rivestimento di zinco sui prodotti in ferro zincato si rompe, rimangono privi di ruggine. Poiché lo zinco è più reattivo del ferro, è così.
Galvanotecnica
La galvanica è un altro metodo per evitare che gli oggetti si arrugginiscano. In questa procedura, i metalli non corrosivi tra cui stagno, nichel e cromo vengono galvanizzati su ferro. Questa tecnica non solo impedisce alla merce di arrugginirsi ma ne migliora anche la bellezza. Esempi di articoli cromati sono gli accessori per il bagno e gli elementi del veicolo come manubri di biciclette, paraurti di automobili, ecc.
Perché la ruggine è un fenomeno indesiderato?
La ruggine del ferro è un fenomeno molto indesiderabile e rende il ferro molto debole. Rende il ferro friabile e debole e ne degrada la resistenza, l'aspetto e la permeabilità. La ruggine del ferro può causare danni ad automobili, ringhiere, griglie e altre strutture in ferro. Riduce la vita dei prodotti Iron e li rende rischiosi da usare.
Per saperne di più
- Reazione Redox
- Gesso
- Soda caustica, detersivo e bicarbonato di sodio
Domande di esempio sulla ruggine del ferro
Domanda 1: Qual è il processo di arrugginimento del ferro?
Risposta:
La ruggine del ferro è una reazione di ossidazione. In presenza di acqua, il ferro metallico interagisce con l'ossigeno presente nell'aria per generare ossido di ferro (III) idrato, Fe2O3.xH2O. Questo ossido di ferro (III) idrato è denominato ruggine. La ruggine è in gran parte ossido di ferro (III) idrato, Fe2O3.xH2Oh, di conseguenza. La ruggine è una tonalità bruno-rossastra
Domanda 2: Come si chiama la ruggine del ferro?
Risposta:
La ruggine è il fenomeno della formazione di un rivestimento bruno-rossastro sulla superficie del ferro a causa dell'azione dell'aria umida, e il rivestimento bruno-rossastro viene chiamato ruggine.
Domanda 3: Come si può prevenire la ruggine del ferro?
Risposta:
La ruggine del ferro può essere prevenuta seguendo i seguenti metodi,
- Applicazione della vernice
- Applicazione di grasso o olio
- Per galvanizzazione
- Mediante galvanica
- Utilizzo del ferro in lega per produrre acciaio inossidabile
- Stagnando
- Utilizzo della smaltatura
Domanda 4: Cos'è Rust?
Risposta:
Quando il ferro viene esposto all'aria per un lungo periodo di tempo, si ossida e sviluppa sulla superficie un ossido di ferro bruno-rossastro. Ruggine è il nome di questo materiale bruno-rossastro. La ruggine si forma tramite la seguente equazione,
4Fe+3O 2 +2xH 2 O→2Fe 2 O 3 .xH 2 O
Domanda 5: In che modo la ruggine danneggia gli oggetti in ferro?
Risposta:
La ruggine è permeabile e morbida e, quando scivola via dalla superficie di un oggetto di ferro arrugginito, il ferro sottostante si arrugginisce. Di conseguenza, la ruggine del ferro è un processo costante che nel tempo corrode gli oggetti in ferro, rendendoli inutilizzabili. La ruggine del ferro provoca danni significativi nel tempo poiché viene utilizzato per costruire un'ampia gamma di strutture e beni, inclusi ponti, griglie, ringhiere, cancelli e carrozzerie di automobili, autobus, camion e navi. Inutile dire che dovremmo avere un modo per evitare che il ferro si arrugginisca.
Domanda 6: Quali sono le condizioni necessarie per la ruggine?
Risposta:
Molti fattori contribuiscono all’arrugginimento del ferro, tra cui la quantità di umidità nell’aria e il pH dell’ambiente circostante. Di seguito sono riportati alcuni di questi elementi.
- Umidità: La disponibilità di acqua nell'ambiente limita la corrosione del ferro.
- Il processo di ruggine viene accelerato se il pH dell'ambiente attorno al metallo è basso.
- A causa della presenza di vari sali nell'acqua, il ferro arrugginisce più rapidamente.
- Impurità: Rispetto al ferro che contiene una varietà di metalli, il ferro puro arrugginisce più lentamente.
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Ruggine del ferro-FAQ
1. Cosa sono i cambiamenti fisici e chimici?
I cambiamenti che si verificano in un composto sono chiamati cambiamenti. I cambiamenti che si verificano nelle proprietà fisiche del composto sono chiamati cambiamenti fisici, mentre i cambiamenti che si verificano nelle proprietà chimiche del composto sono chiamati cambiamenti chimici.
2. La ruggine del ferro è un cambiamento fisico o chimico?
La ruggine è costituita da ossido di ferro (Fe2O3). Di conseguenza, ruggine e ferro non sono sinonimi. La ruggine è una reazione di ossidazione e quindi è un cambiamento chimico.
3. Cosa causa la ruggine del ferro?
La ruggine è una reazione di ossidazione e si verifica quando il ferro viene fatto reagire con ossigeno e acqua.
4. Qual è la reazione chimica della ruggine?
La reazione chimica della ruggine è, 4Fe+3O 2 +6H 2 O→4Fe(OH) 3 .
5. Che tipo di reazione chimica è la ruggine del ferro?
La ruggine del ferro è una reazione di ossidazione.