Un aspect important de l’utilisation de certains métaux, en particulier du fer, est la possibilité de corrosion. On estime qu’environ un septième de toute la production de fer sert à remplacer le métal perdu à cause de la corrosion. La rouille est apparemment une forme hydratée d’oxyde de fer(III). La formule est approximativement Fe2O3 * \(\tfrac {\text {3}} {\text {2}}\) H2O, bien que la quantité exacte d’eau soit variable. (Notez que c’est à peu près à mi-chemin entre l’hydroxyde de fer(III), Fe(OH)3 ou ½ {Fe2O3•3H2O] et Fe2O3 anhydre).,
La rouille nécessite à la fois de l’oxygène et de l’eau, et elle est généralement accélérée par les acides, les tensions dans le fer, le contact avec des métaux moins actifs et la présence de rouille elle-même. De plus, l’observation d’un objet rouillé, tel qu’un clou de fer provenant d’un vieux bâtiment en bois, montre que la rouille se déposera à un endroit (près de la tête du clou) tandis que la plus grande perte de fer métallique se produira ailleurs (près du point). Ces faits suggèrent que le mécanisme de la rouille implique une cellule galvanique., Les demi-équations impliquées sont
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donnant la réaction complète:
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Une fois que Fe2+(aq) est formé, il peut migrer librement à travers la solution aqueuse vers un autre emplacement sur la surface métallique. À ce moment-là, le fer peut précipiter:
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Les ions hydrogène libérés par cette réaction sont alors partiellement consommés par l’équation \(\ref{2}\). Les électrons nécessaires à la demi-équation \(\ref {2}\) sont fournis à partir de l’équation \(\ref{1}\) par conduction métallique à travers le fer ou par conduction ionique si la solution aqueuse contient une concentration importante d’ions., Ainsi, le fer rouille plus rapidement au contact de l’eau salée que dans l’eau fraîche.
Le mécanisme proposé dans le paragraphe précédent implique que certaines régions de la surface du fer deviennent cathodiques, c’est-à-dire que la réduction de l’oxygène en eau s’y produit. D’autres emplacements sont anodiques; l’oxydation de Fe en Fe2+ se produit. La principale façon dont de telles régions peuvent être mises en place dépend de la restriction de l’apport en oxygène, car l’oxygène est nécessaire pour la réaction cathodique montrée dans l’équation \(\ref{2}\). Dans le cas du clou de fer, par exemple, la rouille se forme près de la tête car plus d’oxygène est disponible., La majeure partie de la perte de métal a lieu profondément dans le bois, cependant, près de la pointe de l’ongle. À cet endroit de l’Équation \(\ref{1}\), mais pas \(\ref{2}\) peut se produire.
Une situation similaire se produit lorsqu’une goutte d’humidité adhère à une surface de fer (Figure \(\PageIndex{1}\)). Les piqûres se produisent près du centre de la goutte, tandis que l’oxyde de fer hydraté(III) se dépose près du bord.
Une seconde façon de mettre en place des régions anodiques et cathodiques implique la présence d’un second métal qui a une plus grande attraction pour les électrons (est moins facilement oxydé) que le fer., Un tel métal peut drainer les électrons laissés dans le fer lorsque Fe2 + se dissout. Cet excès d’électrons fait du métal moins actif un site idéal pour l’équation \(\ref{2}\), et donc une cellule est mise en place à l’intersection des métaux. La rouille peut en fait recouvrir la surface du métal moins actif tandis que des fosses se forment dans le fer.
La technique la plus importante pour la prévention de la rouille consiste simplement à exclure l’eau et l’oxygène au moyen d’un revêtement protecteur. C’est le principe derrière l’huilage, le graissage, la peinture ou le placage métallique du fer., Le revêtement doit être complet, cependant, ou la rouille peut être accélérée par l’exclusion de l’oxygène d’une partie de la surface. Cela est particulièrement vrai lorsque le fer est recouvert d’un métal moins actif tel que l’étain. Même un sténopé dans le revêtement d’une boîte de conserve rouillera très rapidement, car l’étain devient cathodique en raison de son potentiel d’électrode plus important et de l’exclusion de l’oxygène du fer en dessous.
Une seconde technique consiste à mettre l’objet en fer en contact avec un métal plus actif., C’est ce qu’on appelle la protection cathodique car le métal le plus actif donne des électrons au fer, inhibant fortement l’équation \(\ref{1}\). La protection cathodique et un revêtement de surface sont fournis par galvanisation, un processus dans lequel le zinc est plaqué sur l’acier électrolytiquement ou par immersion dans le métal fondu. Comme beaucoup d’autres métaux, le zinc est auto-protecteur—il réagit avec l’oxygène et le dioxyde de carbone de l’air pour former un revêtement imperméable adhérent d’hydroxycarbonate de zinc, Zn2(OH)2CO3., S’il y a une égratignure dans la plaque de zinc, le fer ne peut toujours pas rouiller car le zinc sera préférentiellement oxydé. L’hydroxycarbonate formé couvrira alors l’ouverture, empêchant tout contact ultérieur de l’oxygène avec le fer ou le zinc.
Une troisième technique s’applique aux situations (comme un radiateur d’automobile) où des solutions aqueuses sont en contact avec le fer. Les inhibiteurs de corrosion comprennent des sels de chromate et des composés organiques tels que la tribntylamine, (C4H9)3N. Les chromates forment apparemment un revêtement imperméable de FeCrO4(s) dès que tout fer est oxydé en fer(II)., La tributylamine, un dérivé de l’ammoniac, réagit avec les acides organiques formés par la décomposition de l’antigel aux températures élevées d’un moteur automobile. Les sels de tributylammonium produits sont insolubles et recouvrent l’intérieur du système de refroidissement. Ainsi, la tributylamine neutralise l’acide qui accélérerait la corrosion et fournit également un revêtement de surface.
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