Roesten van IJzer

TERUGHome.html
Roesten van IJzer

Roesten van IJzer

Als ijzer oxideert, ontstaat er ijzeroxide. In de volksmond heet dat gewoon roest. Roestvorming heet ook roesten. Roest ontstaat als ijzer reageert met zuurstof in de aanwezigheid van water. Niet alleen ijzer roest; alle ijzerhoudende metalen roesten.

IJzer wordt gedolven in het erts hematiet; in de vorm van ijzeroxide. Als een ijzer-atoom mag kiezen tussen alleen zijn óf zich binden aan een zuurstof-atoom, dan zal een ijzer-atoom zich binden aan dat zuurstof-atoom omdat dat de “natuurlijke” toestand van ijzer is.

Roesten gaat in drie stappen:


  1. 1.er worden ijzer(II)-ionen gevormd van het ijzer of het ijzerhoudend metaal;

  2. 2.er worden hydroxyl(groep)-ionen gevormd;

  3. 3.gebeurtenissen 1 en 2 reageren samen, mét de toevoeging van zuurstof.

ad 1:

Als ijzer (of een ijzerhoudend metaal) met water in contact komt, wordt het ijzer aan het oppervlak omgezet in ijzer(II)-ionen. Verder komen er dan ook twee elektronen vrij. Dit elektrochemische proces gaat als volgt:

Fe ➝ Fe2+ + 2 e-

ad 2:

De elektronen die vrij zijn gekomen, reageren vervolgens met de zuurstof én het water; m.a.v. de elektronen reduceren de zuurstof én het water tot hydroxylgroepen (OH-):

4 e- + O2 + 2 H2O ➝ 4 OH-

ad 3:

Nu hebben we bij reactie 1 ijzer(II)-ionen (Fe2+) gekregen én bij reactie 2 kregen we hydroxyl-ionen (OH-).  Deze twee reageren met elkaar:

Reactie (A) : ijzer(II)-ionen reageren met hydroxyl-ionen; er ontstaat ijzer(II)hydroxide, Fe(OH)2

(A) Fe2+ + 2 OH- ➝ Fe(OH)2

Reactie (B) : ijzer(II)hydroxide ( Fe(OH)2 ) reageert met het opgeloste zuurstof ( O2 ), die in het water zit; er ontstaat ijzer(III)oxide ( Fe2O3 ) en water ( H2O )

(B) 4 Fe(OH)2 + O2 ➝ 2 (Fe2O3 ⋅ x H2O) + 2 H2O

IJzer(III)oxide is roest, dus roest is gehydrateerde ijzeroxide:


  1. Fe2O3 is ijzeroxide

  2. Fe2O3 ⋅ x H2O is ijzeroxide met een x aantal water moleculen (per elke ijzer(III)oxide-molecuul) eraan geplakt; m.a.w. gehydrateerde  ijzeroxide.

Gehydrateerde ijzeroxide, roest dus, laat lucht én water door. Het gevolg hiervan is dat het ijzer onder de roest gewoon verder roest tot er alleen roest overblijft én het ijzer dus helemaal weg roest.

Links staat een afbeelding van roest, ofwel gehydrateerde ijzeroxide. Tussen de ijzer (Fe) en de zuurstof-atomen (O) zit water (H2O). Dat zie je duidelijk in de afbeelding.

Feiten over ijzer:


  1. roesten wordt versneld door zuren;

  2. roesten wordt vertraagd door basen;

  3. roesten gaat sneller in zeewater, omdat de zoutconcentratie daar hoger is;

  4. gewapend beton (beton met ijzeren staven erin) kan uit elkaar worden gedrukt omdat ijzeroxide een groter volume heeft dan ijzer zelf;

  5. ijzer(II)oxide ( FeO ) heeft een zwarte kleur en ijzer(III)oxide ( Fe2O3 ) heeft een roodbruine kleur.

Hoe verwijder je roest?


  1. een metaal (ijzer of ijzerhoudend) kan roestvrij worden gemaakt door te borstelen met een staalborstel of door te slijpen met een slijptol(letje); zandstralen werkt ook;

  2. lichte roestvorming kan je ook verwijderen met een (zwak) zuur, zoals fosforzuur, azijnzuur of cola; na de roestverwijdering wel goed naspoelen met water om het zuur weer te verwijderen.

Hoe bescherm je metaal tegen roest?


  1. om roest te krijgen heb je drie dingen nodig: ijzer, water en zuurstof (opgelost in het water). We kunnen er dus voor zorgen dat er geen of weinig zuurstof voor handen is. Dat kunnen we doen door het water te verhitten tot 111,6 °C (de druk moet dan ook omhoog). Bij die temperatuur is de concentratie van zuurstof in water op het laagst. Boven de 111,6 °C stijgt de concentratie van de opgeloste zuurstof weer;

  2. verder is het mogelijk om water weg te houden van het ijzer: het drooghouden van het ijzer is een goed manier om roestvorming tegen te gaan. In landen met een lage luchtvochtigheidsgraad (woestijnlanden) roesten auto’s praktisch niet. Een andere manier is om het ijzer met vet, verf of lak in te smeren. Het werkt ook goed om een beschermingslaagje van metaal om het ijzer te leggen; bijv. verzinken. Als er door een beschadiging een gaatje in die beschermende zinklaag komt, zal het ijzer er onder gewoon gaan roesten;

  3. wat ook mogelijk is, is om het ijzer weg te halen en bijvoorbeeld roestvrijstaal of een ander niet-roestend metaal te gebruiken. Als je aan ijzer (tijdens het smelten) chroom toevoegt, is het resultaat een niet-roestend metaalmengsel. Dat werkt als volgt: het chroom oxideert (na het afkoelen!) en het chroomoxide vormt een ondoordringbaar laagje door het metaalmengsel;

  4. het is ook mogelijk om elektrische stroom door het ijzer te laten lopen en zo met bijvoorbeeld zink of een ander metaal een beschermende laag te leggen om het ijzer.

Leuke weetjes

Diversen metaal-legeringen


messing - - - - - - - - koper 55-70%, zink 30-45%

brons - - - - - - - - - koper 90%, tin 10%

gietijzer - - - - - - - ijzer 94%, silicium 2,5%, koolstof 3-4%

constantaan - - - - - - koper 54-58%, nikkel 41-45%, mangaan 1%

invar - - - - - - - - - ijzer 64%, nikkel 36%

duraluminium - - - - - - aluminium 95%, koper 4%

manganien - - - - - - - koper 84%, mangaan 12%, nikkel 4%

Duits zilver - - - - - - koper 45-70%, nikkel 5-30%, zink 8-45%

nichroom - - - - - - - - nikkel 60%, ijzer 22%, chroom 18%

soldeer (zacht) - - - - lood 50%, tin 50%

staal (koolstofstaal) - ijzer 99%, koolstof 0,8%

staal (roestvrij) - - - ijzer 85%, chroom 13%, 0,2% koolstof

Gegevens van ijzer:


dichtheid        7,87 g ⋅ cm-3

smeltpunt        1811 K (1538 °C, 3292 °F)

lin. uitzetting  11,7 mm per K

elek. weerstand  105 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van aluminium:


dichtheid        2,70 g ⋅ cm-3

smeltpunt        933 K (660 °C, 1220 °F)

lin. uitzetting  23,2 mm per K

elek. weerstand  27 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van koper:


dichtheid        8,96 g ⋅ cm-3

smeltpunt        1768 K (1495 °C, 2723 °F)

lin. uitzetting  16,8 mm per K

elek. weerstand  17 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van nikkel:


dichtheid        8,90 g ⋅ cm-3

smeltpunt        1728 K (1455 °C, 2651 °F)

lin. uitzetting  12,7 mm per K

elek. weerstand  78 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van zink:


dichtheid        7,2 g ⋅ cm-3

smeltpunt        693 K (420 °C, 788 °F)

lin. uitzetting  29,7 mm per K

elek. weerstand  62 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van chroom:


dichtheid        7,19 g ⋅ cm-3

smeltpunt        2180 K (1907 °C, 3464 °F)

lin. uitzetting  7,0 mm per K

elek. weerstand  130 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van messing:


dichtheid        8,5 g ⋅ cm-3

smeltpunt        1170 K (897 °C, 1646 °F)

lin. uitzetting  21 mm per K

elek. weerstand  70 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van brons:


dichtheid        8,9 g ⋅ cm-3

smeltpunt       1280 K (1007 °C, 1844 °F)

lin. uitzetting  19 mm per K

elek. weerstand  300 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van gietijzer:


dichtheid        7,3 g ⋅ cm-3

smeltpunt        1450 K (1177 °C, 2150 °F)

lin. uitzetting  11 mm per K

elek. weerstand  100 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van constantaan:


dichtheid        8,9 g ⋅ cm-3

smeltpunt       1540 K (1267 °C, 2312 °F)

lin. uitzetting  15 mm per K

elek. weerstand  450 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van duraluminium:


dichtheid        2,8 g ⋅ cm-3

smeltpunt        652 K (379 °C, 712 °F)

lin. uitzetting  23 mm per K

elek. weerstand  ? ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van invar:


dichtheid        8,1 g ⋅ cm-3

smeltpunt       1723 K (1450 °C, 2642 °F)

lin. uitzetting  2 mm per K

elek. weerstand  100 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van manganien:


dichtheid        8,5 g ⋅ cm-3

smeltpunt        1270 K (997 °C, 1826 °F)

lin. uitzetting  16 mm per K

elek. weerstand  430 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van Duits zilver:


dichtheid        8,9 g ⋅ cm-3

smeltpunt       1375 K (1102 °C, 2015 °F)

lin. uitzetting  18 mm per K

elek. weerstand  330 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van nichroom:


dichtheid        8,2 g ⋅ cm-3

smeltpunt        ? K (? °C, ? °F)

lin. uitzetting  13 mm per K

elek. weerstand  1100 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van soldeer (zacht):


dichtheid        9,0 g ⋅ cm-3

smeltpunt        490 K (217 °C, 422 °F)

lin. uitzetting        23 mm per K

elek. weerstand    150 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van staal (koolstofstaal):


dichtheid        7,8 g ⋅ cm-3

smeltpunt       1630 K (1357 °C, 2474 °F)

lin. uitzetting  12 mm per K

elek. weerstand  180 ⋅ 10-9 Ωm

Gegevens van staal (roestvrijstaal):


dichtheid        7,8 g ⋅ cm-3

smeltpunt       1780 K (1507 °C, 2744 °F)

lin. uitzetting  10 mm per K

elek. weerstand  720 ⋅ 10-9 Ωm