La formazione della ruggine e le reazioni coinvolte
La ruggine è costituita da ossidi di ferro idrati Fe(OH)3, FeO(OH) e da Fe2O3·H2O che si formano sulle superfici di materiali di ferro esposti all’aria a seguito della corrosione.
La ruggine si forma in presenza di aria umida o in un processo elettrochimico per reazione con acqua, ossigeno e un elettrolita. Un tasso di umidità nell’aria maggiore del 50% è sufficiente per fornire l’acqua necessaria alla corrosione del ferro.
Il processo di formazione della ruggine inizia con l’ossidazione del ferro che avviene secondo la semireazione. La semireazione di riduzione avviene tra ioni H+ provenienti dalla dissociazione dell’acqua e l’ossigeno in essa disciolto. La reazione complessiva è pertanto: 2 Fe(s) + 4 H+(aq) + O2(aq) → 2 Fe2+(aq) + 2 H2O(l).
In presenza di un’acqua acida ovvero se il pH è basso, la reazione che avviene porta alla formazione di idrogeno gassoso: Fe(s) + 2 H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g).
In entrambi i casi, poiché vengono consumati nel processo ioni H+, il pH dell’acqua tende ad aumentare e conseguentemente la concentrazione degli ioni OH-. Questi ultimi reagiscono con Fe2+ per dare l’idrossido di ferro (II) poco solubile di colore verde: Fe2+(aq) + 2 OH-(aq) → Fe(OH)2(s).
Lo ione Fe2+ reagisce anche con gli ioni H+ e ossigeno per dare ioni Fe3+: 4 Fe2+(aq) + 4 H+(aq) + O2(aq) → 4 Fe3+(aq) + 2 H2O(l).
Gli ioni Fe3+ reagiscono con gli ioni OH- per dare idrossido di ferro (III): Fe3+(aq) + 3 OH-(aq) → Fe(OH)3(s).
L’idrossido di ferro (III) si presenta poroso e si trasforma nella forma cristallina Fe2O3·H2O, ossido di ferro (III) idrato di colore rosso-marrone. Poiché tali processi avvengono con gli ioni H+ e con gli ioni OH-, il pH gioca un ruolo di fondamentale importanza. In carenza di ossigeno il composto che si forma è la magnetite, che può essere scritta come Fe3O4 che è costituita in realtà da una miscela di FeO e Fe2O3.
Se sono presenti altri ioni come lo ione calcio Ca2+ e ione carbonato CO32-, si formano una serie di sali poco solubili che, unendosi all’idrossido di ferro (III), formano un rivestimento che non aderisce alla superficie metallica e tende a sfaldarsi, esponendo il ferro sottostante a una successiva corrosione.
