Trattamenti chimici di protezione del ferro
La corrosione del ferro, in presenza di acqua e ossigeno, avviene nel seguente schema:
2 Fe(s) 2 Fe2+ + 4 e
O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e 4 OH-
ANODO (elemento che si ossida)
CATODO (elemento che si riduce)
------------------------------------------------------------2 Fe(s) + O2(g) + 2 H2O(l) 2 Fe2+ + 4 OH-
REAZIONE COMPLESSIVA
Dove (s) (g) e (l) stanno per stato solido, gas e liquido.
La reazione è spontanea e procede in un unico senso, indicato dalla freccia (). Può precipitare
l´idrossido ferroso Fe(OH)2(s) o, in presenza di ossigeno, ossidarsi ulteriormente:
Oppure, per la presenza di ossigeno, si possono formare idrossidi ferrici (Fe2O3*H2O, che si può
scrivere anche FeO(OH) o Fe(OH)3), che a loro volta subiscono alterazioni.
1)3Fe(OH)2(s) + 1/2O2(g) Fe3O4*H2O(s) + 2H2O(l) MAGNETITE IDRATA VERDE
2)Fe3O4*H2O(s) Fe3O4(s) + H2O(g) MAGNETITE ANIDRA, NERA
3) 2Fe(OH)2(s) + O2(g) 2FeO(OH)(s) IDROSSIDI FERRICI, ROSSO BRUNO
Il degrado del ferro consiste in una stratificazione di ossidi, solitamente magnetite idrata verde
magnetite anidra nera e, solo esternamente, gli idrossidi ferrici, comunemente chiamati ruggine. Gli
idrossidi ferrici sono principalmente due, con formula chimica uguale a quella descritta, ma
strutture mineralogiche diverse corrispondenti ai minerali goethite (solitamente gialla, che troviamo
anche nelle terre gialle naturali) e lepidocrocite (solitamente rossa, presente anch´essa nelle terre
naturali gialle e brune ma in quantità minore). Il risultato di questa miscela è un il bel colore
aranciato della ruggine.
Dal punto di vista chimico, la ruggine colpisce allo stesso modo sia il ferro battuto o dolce (a scarso
contenuto di carbonio) che le sue leghe (acciaio e ghisa). Quello che cambia sostanzialmente è la
forma in cui si presenta il degrado (morfologia) e la metodologia e la successione di eventuali
interventi.
La ruggine non è stabile perchè gli idrossidi ferrici promuovono l´ulteriore degrado del metallo
sano, quindi va stabilizzata con appositi convertitori. Inoltre, se sono presenti sali solubili come
cloruri e nitrati, la reazione di corrosione che porta al degrado del manufatto può accelerare fino a
dieci volte rispetto all´ambiente esterno e cinque volte rispetto all´ambiente sotterraneo.
L´aggressività dell´ambiente nei confronti del manufatto in ferro idealmente segue questo schema:
Tuttavia, sono molti i fattori che concorrono nelle reazioni chimiche di ossidazione
(temperatura, pH, presenza di agenti riducenti e/o di altri metalli a contatto, composizione
stessa del manufatto, etc.) perciò gli schemi qui presentati devono essere letti come una
semplificazione di processi naturali molto complessi.
Si riporta una curiosa eccezione: il pilastro di Delhi, un´imponente colonna in ferro battuto
che, nonostante i sui 1600 anni passati nel mutevole clima indiano, si conserva quasi del tutto
integra. La spiegazione scientifica a questo "miracolo" è data dalla formazione in superficie di
una rara patina di passivazione, formata per catalisi tra i comuni idrossidi di ferro e il fosforo,
contenuto in quantità superiori alla norma, nel manufatto stesso.
Alcune semplici “tecniche chimiche” di conservazione del Ferro
Patina di passivazione: strato superficiale che inibisce o rallenta la corrosione del metallo
sottostante. Le caratteristiche principali sono la compattezza e la non conducibilità ionica.
In poche parole, gli ossidi formati devono essere dei semiconduttori, in grado di condurre
elettroni, ma non altre specie ioniche.
Inibitore: termine generico, spesso riferito a sostanze in grado di reagire con gli agenti
ossidanti prima che attacchino il metallo. Nel suo significato più ampio, composto o patina
che impediscano al metallo sottostante di reagire con l´ambiente esterno. Un classico
esempio è il benzotriazolo (BTA).
Convertitore: composto, o miscela di composti, che reagisce con un ossido per convertirlo in
una specie più stabile. Gli ossidi convertiti non sono patine di passivazione, ma patine che
godono di una certa stabilità chimico-fisica. Ad esempio, i convertitori di ruggine a base di
tannini e acido fosforico convertono gli ossidi idrati di Ferro in tannati e fosfati, stabili ma
non abbastanza compatti e privi di conducibilità ionica da poter essere definiti passivanti.
Protettivo: qualsiasi mezzo atto a proteggere il metallo dall´ossidazione. Nel significato più
ampio della parola, anche la patina di passivazione può essere intesa come protettivo. In
genere, identifica un composto in grado di proteggere il metallo dagli agenti atmosferici,
come un polimero, una cera, una vernice, ecc.. Indispensabile dopo aver usato un
convertitore per conferire idrorepellenza e rallentare la permeazione dei gas.
