Rugini

Rugina corodând un lanț în San Francisco , California , Statele Unite

Viaductul Kinzua , un monument istoric american, s-a prăbușit în 2003, din cauza coroziunii unor părți ale sale

Vopsiți peeling pe o suprafață ruginită

Rugina este un compus spontan format din diferiți oxizi de fier, hidrați și carbonați bazici de Fe (III), de culoare maro-roșiatică. Rugina provine din oxidarea fierului: pentru formarea sa este necesară prezența oxigenului . Formula chimică a reacției care implică Fe și H ₂ O este următoarea:

{\ce {2Fe + 3H2O -> Fe2O3 + 3H2}}

{\ displaystyle {\ ce {2Fe + 3H2O -> Fe2O3 + 3H2}}}

{\ displaystyle {\ ce {2Fe + 3H2O -> Fe2O3 + 3H2}}}

Instruire și compoziție

Coroziunea metalului

Mecanismul de formare a ruginii implică reacții chimice cu dioxid de carbon , umiditate , oxigen în aer și dioxid de sulf, iar procesul are loc cu atât mai rapid cu cât suprafața este expusă la aer și dacă suprafața este rugoasă sau artefactul este supus stresului mecanic. Consistența cu care apare rugina variază: pudră, incoerentă și sfărâmicioasă sau, dacă este de data antică, compactă. Fenomenele de coroziune care apar sunt cauza deteriorării considerabile a structurilor. Comportamentul fierului este, în ceea ce privește acest fenomen, deosebit de diferit de cel al altor metale , cum ar fi aluminiu , nichel , crom , staniu , care se pasivează singuri , adică sunt acoperite cu un strat de oxid de protecție. Deoarece se formează în principal oxizi de Fe (III), care - spre deosebire de cei de Fe (II) - se desprind și nu aderă la suprafață, stratul de rugină se sfărâmă, dezvăluind partea de bază compusă din Fe (0), care este continuu expus procesului până când este consumat ^[1] .

Reacții chimice și compoziția ruginii

Există diferite forme de rugină, care corespund reacțiilor și produselor finale diferite.

Reacția principală este un redox în care oxigenul este redus și fierul se oxidează:

{\ce {O2 + 4e- + 2H2O -> 4OH-}}

{\ displaystyle {\ ce {O2 + 4e- + 2H2O -> 4OH-}}}

{\ displaystyle {\ ce {O2 + 4e- + 2H2O -> 4OH-}}}

Datorită formării anionilor hidroxil, acest proces este influențat în mare măsură de prezența acizilor sau a bazelor. Electronii pentru reducerea oxigenului sunt furnizați de fier:

{\ce {Fe -> Fe^3+ + 3e-}}

{\ displaystyle {\ ce {Fe -> Fe ^ 3 + + 3e-}}}

{\ displaystyle {\ ce {Fe -> Fe ^ 3 + + 3e-}}}

Complexitatea diferitelor reacții implicate este apoi exprimată prin formarea a numeroase reacții corelate, de exemplu:

{\ce {2Fe + O2 + 2H2O -> 2Fe(OH)2}}

{\ displaystyle {\ ce {2Fe + O2 + 2H2O -> 2Fe (OH) 2}}}

{\ displaystyle {\ ce {2Fe + O2 + 2H2O -> 2Fe (OH) 2}}}

{\ce {4Fe + 3O2 + 6H2O -> 4Fe(OH)3}}

{\ displaystyle {\ ce {4Fe + 3O2 + 6H2O -> 4Fe (OH) 3}}}

{\ displaystyle {\ ce {4Fe + 3O2 + 6H2O -> 4Fe (OH) 3}}}

{\ce {4Fe + 3O2 + 2H2O -> 2Fe2O3*H2O}}

{\ displaystyle {\ ce {4Fe + 3O2 + 2H2O -> 2Fe2O3 * H2O}}}

{\ displaystyle {\ ce {4Fe + 3O2 + 2H2O -> 2Fe2O3 * H2O}}}

Prezența dioxidului de sulf și a dioxidului de carbon poate juca, de asemenea, un rol în aceste reacții, de exemplu:

{\ce {2Fe(HCO3)2 + O2 <=> 2FeO(OH) + 8CO2 + 2H2O}}

{\ displaystyle {\ ce {2Fe (HCO3) 2 + O2 <=> 2FeO (OH) + 8CO2 + 2H2O}}}

{\ displaystyle {\ ce {2Fe (HCO3) 2 + O2 <=> 2FeO (OH) + 8CO2 + 2H2O}}}

Compoziția ruginii este deci foarte variabilă în funcție de materiale și de condițiile de oxidare (pH, oxigen, apă, dioxid de carbon).

Dacă oxigenul este abundent, aproape tot Fe (II) se va oxida la Fe (III). Dacă, pe de altă parte, există o lipsă de Fe (II) sub forma FeO și a hidraților săi, acesta va fi mai abundent (dar întotdeauna minoritar).

Prezența (sau nu) a apei are, de asemenea, un efect asupra următoarelor reacții de echilibru:

{\ce {Fe(OH)2 <=> FeO + H2O}}

{\ displaystyle {\ ce {Fe (OH) 2 <=> FeO + H2O}}}

{\ displaystyle {\ ce {Fe (OH) 2 <=> FeO + H2O}}}

{\ce {Fe(OH)3 <=> FeO(OH) + H2O}}

{\ displaystyle {\ ce {Fe (OH) 3 <=> FeO (OH) + H2O}}}

{\ displaystyle {\ ce {Fe (OH) 3 <=> FeO (OH) + H2O}}}

{\ce {2 FeO(OH) <=> Fe2O3 + H2O}}

{\ displaystyle {\ ce {2 FeO (OH) <=> Fe2O3 + H2O}}}

{\ displaystyle {\ ce {2 FeO (OH) <=> Fe2O3 + H2O}}}

De fapt, compoziția ruginii poate conține, în ordinea importanței:

Fe ₂ O ₃ (peste 30-40%, chiar și până la 97%)
Fe (OH) ₃ , FeO (OH), Fe ₃ O ₄ , FeO, Fe (OH) ₂
Fe ³⁺ și Fe ²⁺ ionice și urme ale altor metale și derivați.

Sisteme de prevenire

Cel mai eficient și comun sistem de protejare a fierului , oțelului și fontei împotriva coroziunii prin rugină este zincarea , un proces care permite acoperirea materialului cu un strat de zinc. Poate fi realizat la cald (într-o baie de zinc topit), prin galvanizare prin pulverizare care depune acoperiri de zinc de până la 500 um (standard EN ISO 2063.2005), electrolitic (prin depunere catodică) sau la rece (tratamente similare cu o pictură cu formulări pe bază de zinc) .

O altă modalitate obișnuită de a evita formarea ruginii este utilizarea vopselei de protecție și, în special, a vopselelor formulate cu plumb roșu care este un oxid de plumb (toxic). Cu toate acestea, odată ce fenomenele de coroziune sunt declanșate sub stratul de vopsea, acestea atacă ireversibil materialul, decojind vopseaua.

O modalitate mai rafinată este cea a protecției catodice , utilizată mai ales pentru conductele subterane și pentru depozitele subterane de combustibil : metoda constă în conectarea structurii cu un metal , în special magneziu , care se oxidează preferențial.

Cu toate acestea, există posibilitatea de a opri expansiunea ruginii deja formate prin tratarea acesteia cu un produs chimic care convertește rugina care, reacționând cu suportul de fier, formează o peliculă de culoare neagră de protecție care previne formarea în continuare a ruginii.

Există, de asemenea, pe piață vopsele colorate care conțin convertoare de rugină care pot fi aplicate cu o perie sau o pulverizatoare care vă permit să vopsiți și să protejați metalul ruginit într-o singură trecere, economisind astfel timp.