Rouille (oxyde)
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La rouille est la substance de couleur brun-rouge formée quand des composés contenant du fer se corrodent en présence de dioxygène et d'eau. C'est une réaction d'oxydation lente. Il s'agit donc d' un oxyde de fer, appelé hématite, produit par corrosion.
[modifier] Structure
La rouille est un corps complexe composé d'oxydes et d'hydroxydes de fer, mais dont on résume la constitution en un seul corps (le plus abondant) : l'oxyde de fer III.
On trouve du fer naturellement dans l'hématite, qui est le minerai rouge contenant les oxydes de fers nécessaires à la fabrication du fer dans les hauts fourneaux, et le fer métallique tend à retourner à un état semblable une fois exposé à l'air et à l'eau. De l'énergie se dégage au cours de la réaction, sous forme de chaleur (on dit que la réaction est exothermique).
[modifier] Mécanisme de formation de la rouille
Le processus de formation de la rouille peut être décomposé en trois étapes de base :
- la formation d'hydroxyde de fer II [Fe(OH)2] par action sur le fer des ions hydroxydes conjointement formés par réaction du dioxygène de l'air avec l'eau (réaction d'oxydo-réduction) ;
- l'oxydation des ions fer II en hydroxyde de fer III sous l'action du dioxygène de l'air ;
- finalement, la transformation spontanée de ce solide en oxyde de fer III hydraté.
Quand le fer (ou l'acier) entre en contact avec l'eau, un processus électrochimique lent commence. Sur la surface du métal, du fer (degré d'oxydation 0) est oxydé pour passer à l'état d'oxydation II : Fe + 2OH- → Fe(OH)2 + 2e−, pendant que le dioxygène de l'air (degré d'oxydation 0) est réduit en ion hydroxyde : 2H2O + O2 + 4e- → 4OH-.
Lors de la seconde étape (quasi instantanée) l'hydroxyde de fer II est rapidement oxydé en hydroxyde de fer III selon cette réaction : 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3.
Finalement, cet hydroxyde de fer III se transforme spontanément en oxyde de fer III hydraté selon l'équation-bilan suivante : 2Fe(OH)3 → Fe2O3,3H2O.
Par conséquent, on comprend la nécessité de la présence d'eau liquide, qui intervient à chaque étape de la réaction chimique. La corrosion tend à progresser plus rapidement dans l'eau de mer que dans l'eau douce, cette dernière étant bien moins conductrice. En effet, l'eau de mer (solution saline) permettant la conduction électrique, favorise les déplacement ioniques et les réactions d'oxydo-réduction y auront un meilleur rendement. La formation de la rouille est également accélérée en présence d'acides (pour la même raison), mais empêchée par l'action de surface de l'acide nitrique, c'est la passivation. La rouille possède l'extrême inconvénient de fragiliser les structures qu'elle attaque. En effet, le fer sain y est remplacé par l'oxyde de fer III, qui lui est friable, poreux et mauvais conducteur. Si le phénomène de formation de la rouille peut être stoppé par électrolyse, les parties corrodées de cet objet ne pourront toutefois pas être reconstituées par cette méthode.
Quand on parle de rouille, on désigne en premier lieu la corrosion du fer, mais dans la vie quotidienne, il s'agit généralement de la corrosion de l'acier, bien plus utilisé de nos jours que le fer pur.
On parle aussi de rouille blanche et de rouille verte pour désigner des composés du fer qui se forment lors de la corrosion. (voir aussi Structures cristallines des hydroxydes, oxy-hydroxydes et oxydes de fer).
