Comment fonctionnent la rouille et la corrosion

La rouille est le nom commun de l'oxyde de fer. La forme de rouille la plus connue est le revêtement rougeâtre qui forme des flocons sur le fer et l'acier (Fe₂O₃), mais la rouille existe également dans d'autres couleurs, y compris le jaune, le brun, l'orange et même le vert! Les différentes couleurs reflètent diverses compositions chimiques de rouille.

La rouille fait spécifiquement référence aux oxydes du fer ou des alliages de fer, tels que l'acier. L'oxydation d'autres métaux a d'autres noms. Il y a du ternissement sur l'argent et du vert-de-gris sur le cuivre, par exemple.

Points clés: comment rouille

• La rouille est le nom commun du produit chimique appelé oxyde de fer. Techniquement, c'est de l'oxyde de fer hydraté, car l'oxyde de fer pur n'est pas de la rouille.
• La rouille se forme lorsque le fer ou ses alliages sont exposés à l'air humide. L'oxygène et l'eau dans l'air réagissent avec le métal pour former l'oxyde hydraté.
• La forme rouge familière de la rouille est (Fe₂O₃), mais le fer a d'autres états d'oxydation, il peut donc former d'autres couleurs de rouille.

La réaction chimique qui forme la rouille

Bien que la rouille soit considérée comme le résultat d'une réaction d'oxydation, il convient de noter tous les oxydes de fer ne sont pas rouillés. La rouille se forme lorsque l'oxygène réagit avec le fer, mais il ne suffit pas de combiner le fer et l'oxygène. Bien qu'environ 20% de l'air soit constitué d'oxygène, la rouille ne se produit pas dans l'air sec. Il se produit dans l'air humide et dans l'eau. La rouille nécessite trois produits chimiques pour se former: le fer, l'oxygène et l'eau.

fer + eau + oxygène → oxyde de fer (III) hydraté

Ceci est un exemple de réaction électrochimique et de corrosion. Deux réactions électrochimiques distinctes se produisent:

Il y a dissolution anodique ou oxydation du fer entrant dans une solution aqueuse (eau):

2Fe → 2Fe²⁺  + 4e-

La réduction cathodique de l'oxygène dissous dans l'eau se produit également:

O₂  + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-  

L'ion fer et l'ion hydroxyde réagissent pour former de l'hydroxyde de fer: 

2Fe²⁺ + 4OH^-  → 2Fe (OH)₂

L'oxyde de fer réagit avec l'oxygène pour produire de la rouille rouge, Fe₂O₃.H₂O

En raison de la nature électrochimique de la réaction, les électrolytes dissous dans l'eau facilitent la réaction. La rouille se produit plus rapidement dans l'eau salée que dans l'eau pure, par exemple.

Gardez à l'esprit l'oxygène gazeux, O₂, n'est pas la seule source d'oxygène dans l'air ou l'eau. Dioxyde de carbone, CO₂, contient également de l'oxygène. Le dioxyde de carbone et l'eau réagissent pour former de l'acide carbonique faible. L'acide carbonique est un meilleur électrolyte que l'eau pure. Lorsque l'acide attaque le fer, l'eau se transforme en hydrogène et en oxygène. L'oxygène libre et le fer dissous forment de l'oxyde de fer, libérant des électrons qui peuvent s'écouler vers une autre partie du métal. Une fois que la rouille commence, elle continue de corroder le métal.

Prévenir la rouille

La rouille est cassante, fragile, progressive et affaiblit le fer et l'acier. Pour protéger le fer et ses alliages contre la rouille, la surface doit être séparée de l'air et de l'eau. Les revêtements peuvent être appliqués au fer. L'acier inoxydable contient du chrome, qui forme un oxyde, un peu comme la formation de rouille par le fer. La différence est que l'oxyde de chrome ne s'écaille pas, il forme donc une couche protectrice sur l'acier.