Door Rosann KozlowskiBijgewerkt 30 augustus 2022

De glanzende afwerking van een verse nagel kan bij blootstelling aan de elementen geleidelijk vervagen tot roodbruine vlekken. Die zichtbare verandering markeert het begin van roest, een chemische transformatie aangedreven door water en zuurstof.

Chemische oorzaken van roest

Corrosie begint wanneer water in het milieu, vaak vermengd met kooldioxide, een zwak zuur vormt dat koolzuur wordt genoemd. Wanneer deze zure oplossing in contact komt met ijzer, vinden er twee belangrijke reacties plaats:

• Het aangezuurde water werkt als een goede elektrolyt, waarbij een deel van het ijzer wordt opgelost door elektronen te strippen.
• Tegelijkertijd valt water uiteen in waterstof en zuurstof. De vrije zuurstof reageert met opgelost ijzer en produceert ijzeroxide, wat wij herkennen als roest.

Dit proces kan worden samengevat in een eenvoudige woordvergelijking:

IJzer + water + zuurstof → ijzeroxide (roest)

Resulterende chemische reactie van roest

Op moleculair niveau volgt roestvorming de reactie:

4Fe(s) + 3O₂ (g) + 6H₂ O(l) → 4Fe(OH)₃ (s)

Het ijzer(III)hydroxide, Fe(OH)₃ , is poreus en kan verder reageren met zuurstof om een meer kristallijn hydraat te vormen, Fe₂ O₃ ·xH₂ O. De “x” geeft aan dat het watergehalte variabel is.

Elektrochemisch proces van roest

Roest gedraagt zich als een natuurlijke batterij. Het metaaloppervlak fungeert als een anode waar ijzeratomen elektronen verliezen, terwijl een nabijgelegen gebied dient als kathode waar elektronen worden verbruikt. Water, als elektrolyt, transporteert ionen om de elektronenstroom in stand te houden.

Alle corrosie is in wezen een oxidatie-reductiereactie (redox):elektronen verlaten het metaal en reizen naar acceptoren zoals zuurstof of waterstof.

De tweestaps-redoxreacties van roest

Door het proces op te delen in halfreacties wordt de elektronenbeweging verduidelijkt:

• Oxidatie (anode): Fe(s) → Fe ²⁺ (aq) + 2e ^-
• Reductie (kathode): O₂ (g) + 2H₂ O(l) + 4e ^- → 4OH ^- (aq)

Terwijl hydroxide-ionen zich ophopen, combineren ze zich met ijzerionen om ijzer(II)hydroxide te vormen, dat neerslaat:

2Fe ²⁺ (aq) + 4OH ^- (aq) → 2Fe(OH)₂ (s)

Hoe roest op een spijker verschijnt

Omdat water en zuurstof alomtegenwoordig zijn, zal zelfs roestvrij staal – een ijzerrijke legering – uiteindelijk gaan roesten als er niets aan wordt gedaan. Het oppervlak van het metaal wordt schilferig en vormt vervolgens putjes, en het omvangrijkere ijzeroxide zet uit, waardoor de vorm van de nagel wordt vervormd. Deze vervorming kan ervoor zorgen dat scharnieren blijven plakken en piepen. Na verloop van tijd kan roest de kern bereiken, waardoor het metaal kwetsbaar genoeg wordt om met een simpele knijpbeweging te breken.

Hoewel zout opgelost in water geen directe oorzaak is, versnelt het corrosie door de elektrische geleidbaarheid te vergroten.

Het begrijpen van deze stappen helpt bij het selecteren van beschermende coatings, de juiste opslag- en onderhoudspraktijken om de levensduur van metalen componenten te verlengen.