Si selezioni qui per un avviso importante
Edizione 2008
Corrosione del ferro
L’esperimento ha lo scopo di evidenziare l’ossidabilità di alcuni metalli ed indicare un semplice modo per
prevenire il degrado di opere metalliche.
Il ferro può essere corroso da un acido, anche quando questo è sciolto in acqua. Ciò è dovuto al fatto
che esso viene attaccato dagli ioni H+ forniti dall’acido, che lo ossidano e formando a loro volta idrogeno.
Fe + 2 H+ → Fe2+ + H2
Questo processo comporta la sottrazione di due elettroni per ogni atomo di ferro (processo chiamato ossidazione), che si trasforma
in uno ione Fe2+, il quale passa dal ferro solido all’acqua. Pertanto, la corrosione da parte di un acido in acqua
scioglie il ferro. Gli elettroni persi dal ferro vengono acquisiti dagli ioni H+ (processo chiamato riduzione).
Poiché ogni ione H+ può acquistare solo un elettrone, ne servono due per reagire con un solo atomo di
ferro.
La soluzione assume la colorazione rosa-rosso in seguito ad una successiva reazione tra gli ioni Fe2+, l’acqua
ossigenata e il potassio solfocianuro e serve per evidenziare la corrosione subita dal chiodo.
Una semplice maniera per "proteggere" il ferro dalla corrosione consiste nel collegarlo elettricamente ad un secondo
metallo che abbia maggiori attitudini ad essere ossidato rispetto al ferro stesso, come lo zinco.
Se il chiodo viene collegato ad una barretta o una lamina di zinco, l’ossidazione del ferro risulta un fenomeno molto
limitato, come evidenziato dal fatto che la colorazione rossa sviluppata dal ferro disciolto risulta molto meno intensa che in
assenza della barretta di zinco. Tuttavia, lo sviluppo di bollicine di idrogeno indica che una reazione sta avvenendo lo stesso, ma
in questo caso gli elettroni sono forniti dallo zinco e possono passare nel ferro grazie al collegamento elettrico di rame (zinco,
rame e ferro sono metalli conduttori di elettricità e quindi gli elettroni possono muoversi liberamente dall’uno
all’altro).
Pertanto, fra tutti i metalli presenti, l’unico che si ossida è lo zinco e la reazione complessiva è la
seguente:
Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2
Dunque finché il contatto elettrico tra ferro e zinco viene mantenuto solo lo zinco si scioglie e il ferro è
preservato dalla corrosione acida. Se il contatto viene interrotto (tagliando il filo di rame) l’ossidazione del ferro
riprende come se lo zinco fosse assente. Naturalmente, anche l’ossidazione dello zinco può proseguire, ma ora i due
processi sono del tutto indipendenti.
È ben noto che anche l’ossigeno dell’aria, in presenza di umidità, attacca il ferro deteriorandolo e
formando ruggine.
Questo processo di corrosione ha alla base un processo di ossidazione del ferro, come la corrosione acida. La reazione di
formazione della ruggine è tuttavia più lenta, ma resta un grave problema per oggetti, opere e manufatti in acciaio
(una lega che contiene grandi quantità di ferro) come gli scafi delle navi, i pozzi petroliferi marini, ponti, edifici,
monumenti (la Tour Eiffel di Parigi, per esempio), che devono durare decine o centinaia di anni e devono resistere molto a lungo.
Anche nel caso della formazione di ruggine si può applicare la stessa tecnica vista per l’attacco del ferro da parte
di un acido. Questa tecnica si chiama protezione catodica. Il metallo da proteggere (ad esempio il ferro) è collegato ad un
altro metallo che si ossida più facilmente (ad esempio lo zinco) attraverso un collegamento elettrico. In pratica lo zinco
si ossida al posto del ferro e si dice che funziona come anodo sacrificale. L’anodo sacrificale è destinato al
progressivo consumo nel tempo e può essere necessaria la sua sostituzione periodica.
Cosa vediamo oggi
L’esperimento proposto illustra la protezione catodica di un chiodo di ferro, immerso in acqua contenente acido cloridrico
(HCl), da parte di una barretta di zinco, alla quale il chiodo è appeso con un filo di rame (Cu), un buon conduttore
elettrico (il rame è usato per produrre i fili elettrici) che nelle condizioni dell’esperimento non si corrode.
Nell’acqua utilizzata per l’esperimento sono stati introdotti alcuni agenti chimici (acqua ossigenata e solfocianuro di
potassio) che segnalano il passaggio dal solido al liquido degli ioni Fe2+ prodotti dalla corrosione acida mediante lo
sviluppo di una colorazione rosso-arancio.
In assenza di protezione catodica (solo il chiodo appeso alla barretta di zinco è immerso nell’acqua contenente
l’acido) si vedono bolle di idrogeno liberarsi dalla superficie del ferro e, inizialmente, pennacchi di colore rosso-arancio
che si allontanano dal chiodo, che indicano il flusso degli ioni di ferro nel liquido. Con il passare del tempo, gli ioni del ferro
si diffondono per tutto il liquido che tende ad assumere un colore uniforme sempre più intenso, a causa dell’aumento
della quantità di ferro che si scioglie man mano la corrosione procede, sempre accompagnata dallo sviluppo di idrogeno
gassoso.
Per attivare la protezione catodica è sufficiente immergere un’estremità della barretta di zinco
nell’acqua. In queste condizioni si osserva che le bolle di idrogeno si liberano dalla superficie dello zinco oltre che da
quella del chiodo. Tuttavia, al contrario di prima, non si vedono più pennacchi di liquido rosso-arancio allontanarsi dalla
superficie del ferro. Ciò significa che nessuno o solo pochi ioni Fe2+ si stanno formando in acqua, cioè
il ferro non si sta più sciogliendo o si sta sciogliendo molto più lentamente di prima, grazie alla protezione
catodica da parte dello zinco. Se la barretta di zinco, infine, viene estratta dal liquido o il filo di rame viene tagliato, la
protezione catodica viene interrotta e il chiodo inizia a sciogliersi come descritto prima.
Per saperne di più…
Avviso importante
Questa scheda è puramente illustrativa. L’Università di Padova avverte che essa
non deve essere usata come fonte di informazioni per eseguire o far eseguire gli esperimenti descritti.
Chiunque utilizzi le informazioni contenute nella scheda per questo o qualunque altro scopo lo fa
sotto la propria, piena ed esclusiva responsabilità. L’Università di Padova non
risponde di eventuali errori ed omissioni nelle informazioni riportate nella scheda né di
alcuna conseguenza derivante da qualunque tipo di uso di tali informazioni.
Torna all'inizio
segnala questo sito ad un amico