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Visualizza la versione completa : Idrogeno da ossidazione del ferro



Fetente
17-09-2014, 11:26
Buongiorno a tutti, scusate se apro un topic così strano ma non sapendo niente di chimica mi rivolgo agli esperti. Per puro caso ho visto la reazione chimica dell'ossidazione del ferro e ho visto che c'è un 4H2. Mi pare di capire che durante la formazione della ruggine si sviluppa anche un molecolone di idrogeno. Ho capito giusto? Inoltre, se fosse così, non c'è un modo per separare questo idrogeno in modo da renderlo utilizzabile?
Mi scuso di nuovo se ho detto delle castronerie, ma domandare non costa niente...
Ciao,


Andrea

Sulzer1
18-09-2014, 11:12
Ciao Andrea. Sono andato a ripassare perchè ricordavo l'ematite Fe2 O3 e non riuscivo a ricordare da dove usciva H2. Poi mi sono reso conto che è una redox che forma Fe3O4 che riducendo l'ossigeno ossida il ferro e libera idrogeno, è una reazione da relitto marino in acqua...
Tra un po' vedrai che arriverà Mr.Hyde e ci dirà con i numeri perchè non viene sfruttata per produrre idrogeno, io te lo spiego in maniera intuitiva. Le reazioni chimiche sono sempre influenzate da una serie di fattori concomitanti ( quasi sempre) la temperatura, la pressione, il ph, la presenza di catalizzatori. Tutti questi fattori influiscono tra l'altro sulla velocità delle reazioni. Se la ossidazione del ferro in condizioni normali fosse abbastanza veloce da essere proficua per produrre idrogeno molecolare, sulla superficie terrestre non potremmo costruire nulla perchè si trasformerebbe in maniera rapidissima in ruggine e idrogeno....
Cercando ho trovato una reazione interessante . E'su Wikipedia e oltre alla ruggine coinvolge manganese e zinco per produrre idrogeno. Con la seconda redox ricavi anche tutto l'ossigeno di dissociazione dell'acqua, non so quanta energia termica richieda
<dl style="margin-top: 0.2em; margin-bottom: 0.5em; color: rgb(37, 37, 37); font-family: sans-serif; font-size: 14px; line-height: 22.3999996185303px;"><dd style="line-height: 1.5em; margin-left: 1.6em; margin-bottom: 0.1em; margin-right: 0px;">Mn0.5Zn0.5Fe2O4 + yH2O → Mn0.5Zn0.5Fe2O4+y + yH2</dd></dl><dl style="margin-top: 0.2em; margin-bottom: 0.5em; color: rgb(37, 37, 37); font-family: sans-serif; font-size: 14px; line-height: 22.3999996185303px;"><dd style="line-height: 1.5em; margin-left: 1.6em; margin-bottom: 0.1em; margin-right: 0px;">Mn0.5Zn0.5Fe2O4+y → Mn0.5Zn0.5Fe2O4 + ½yO2


</dd></dl>

Lupino
18-09-2014, 11:18
In realtà, come reazione, non viene PIU' sfruttata o, meglio, è stata semplicemente sostituita da altre economicamente, e come resa, più convenienti (reforming in primis). In passato invece, la reazione vapor d'acqua + ferro = idrogeno, era utilizzata eccome, soprattutto, se non erro, a livello industriale.

...Se la ossidazione del ferro in condizioni normali fosse abbastanza veloce...
In condizioni normali no ma basta arroventare il metallo per aumentarne la velocità di reazione.
A proposito di reazioni Zn -> H .... link (http://it.wikipedia.org/wiki/Economia_allo_zinco)

BesselKn
18-09-2014, 18:47
Mi pare di capire che durante la formazione della ruggine si sviluppa anche un molecolone di idrogeno. Ho capito giusto?
Mah... alle superiori avevo studiato che la reazione complessiva di formazione della ruggine fosse del tipo
2 Fe(s) + 2 H2O(l) + (3/2) O2(g) --> Fe2O3.2H2O(s) ,
quindi senza sviluppo di H2.
Bisognerebbe sentire un esperto...

Al Mizar
18-09-2014, 20:59
Per il molecolone bisognerebbe sentire Santilli, che aveva scoperto le magnecole.

...

uhm

...

forse però le magnecole si chiamano così non dal latino magnus-a-um, "grande", ma perché hanno proprietà magnetiche.

...

uhm

...

avrebbero, se esistessero, ovviamente.

Fetente
19-09-2014, 09:27
Ciao a tutti e grazie della risposta. Di fatto, non sapendo niente di chimica, l'ho chiamato molecolone perché avevo letto un 4H2 e l'ho visto qui: Ruggine - Wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Ruggine)

Lupino
19-09-2014, 09:47
Ciao BesselKn.... quella che porta alla formazione di molecole di idrogeno in realtà è una reazione anaerobica che coinvolge l'idrossido ferroso e l'acqua ed ha come prodotto finale magnetite ed idrogeno. Facendo qualche ricerca ho scoperto che prende il nome di reazione di Schikorr, qui (http://en.wikipedia.org/wiki/Schikorr_reaction)i vari passaggi (link alla versione inglese in quanto più completa)

BesselKn
19-09-2014, 10:57
quella che porta alla formazione di molecole di idrogeno in realtà è una reazione anaerobica
Ah, ok, grazie. Io, invece, mi ero concentrato solo sul processo aerobico...

Fetente
20-09-2014, 09:02
Quindi, se non ho capito male, il processo deve svolgersi in assenza di ossigeno? Significa sott'acqua? Per cui se si immerge ferro in una vaschetta d'acqua sotto vuoto dopo x tempo troveremo il 4H2?

Lupino
20-09-2014, 10:12
No, non è cosi semplice (magari) per funzionare il ferro dev'essere arroventato. L'esperimento più conosciuto, in questo senso, è stato condotto da Lavoisier utilizzando la canna di un fucile, qui (http://blog.libero.it/mmcapponi/9457158.html)ve n'è una descizione

Mr.Hyde
20-09-2014, 16:36
grazie Sulzer :)

ciao cari :) , se posso intromettermi in punta di piedi nella discussione ... :D

... l'ossidazione del ferro (Fe) da parte del solo ossigeno( diluito con il 78% di azoto e 1 % di gas rari ...alle C.N. :D) è una reazione molto lenta in se' ... sulla superficie del metallo si formano 3 tipi diversi di ossidi ( partendo dalla superficie del metallo , c'è il primo strato che si è formato per ossidazione parziale del ferro allo stato ferroso (+2) , il secondo strato è formato mediamente da tetrossido di ferro ,detto anche ossido salino , ossia una formula risultante dalla miscelazione di ossido ferroso ed ossido ferrico (lo ione ferrico(+3) si forma per ossidazione ulteriore dell'ossido ferroso ).

L'ultimo strato è composto da ossido ferrico

Diverso ed un po' piu' complesso si presenta il caso della ossidazione del ferro in presenza di acqua ed ossigeno ..

in tal caso la corrosione procede come segue :

dobbiamo considerare che l'acqua in piccolissssssima parte è dissociata in ioni ...H2O<-----> H+ + OH-

(piccola parentesi)
IN REALTA' non esistono le condizioni necessarie per cui un protone libero(H+) sia vagante in un'insieme di molecole contenenti ben 2 doppietti elettronici liberi sull'ossigeno, quindi si ammette che l'acqua si autoprotona 2H2O <----->H3O+ + OH-

INOLTRE ioni liberi in quelle condizioni non possono esistere quindi si ammette anche che l'acqua si autosolvata circondando i proprio cationi ed anioni dissociati, di molecole di acqua ...
(chiusa parentesi)

nei punti di disomogeneita' chimica e fisica della superficie metallica( abrasioni , saldature, forature , etc ) si creano dei punti a potenziale elettrochimico diverso , ... fin che c'è solo ossigeno tutto bene , quando questi punti vengono messi in comunicazione ad esempio da un conduttore di seconda classe (soluzioni acquose, o ioniche) ,la reazione ha inizio...

in alcuni punti il ferro si ossida perdendo 2 elettroni , questi a loro volta reagiscono con 2 ioni H+ ( o meglio H3O +) sviluppando idrogeno gassoso

1- Fe ------> Fe(++) + 2e-

2- Fe (++) + 2OH- --------> Fe(OH)2

3- 2H+ + 2e- --------> H2


(piccola parentesi)
prove di laboratorio che vengono eseguite anche nelle scuole ad indirizzo analitico chimico .
prove di laboratorio nella precipitazione dello ione ferroso (Fe++)
trattando con idrossidi alcalini o con ammoniaca soluzioni contenenti ioni Fe++ si nota la formazione di un precipitato di Fe(OH)2(colore bianco) ,l'idrossido ferroso è instabile in ambiente umido ed in presenza di ossigeno si trasforma rapidamente in idrossido ferroso ferrico color verde(Fe3(OH)8) , per poi trasformarsi in idrossido ferrosoferrico nero(Fe4(OH)10) .. e terminare ad idrossido ferrico color rosso bruno ( Fe(OH)3 )
(chiusa parentesi)

quindi l'idrossido ferroso formatosi nella reazione 2 , reagisce con l'ossigeno

4Fe(OH)2 +O2 ----------> 2Fe2O3. 2H2O +2H2O

inoltre hanno luogo altre reazioni

2 Fe(s) + 2 H2O(l) + (3/2) O2(g) --> Fe2O3.2H2O(s) (scritta da bessel)

Fe + 1/2O2 +H2O --------> Fe(OH)2

2Fe + 3O2 +3H2O -----> 2Fe(OH)3

3Fe + 2O2 ------> Fe3O4

l'idrogeno prodotto sposta l'equilibrio di dissociazione dell'acqua, lasciando "liberi "tra virgolette" ioni OH- , in pratica si alzerebbe il pH se non fosse per i cationi Fe++ , che combinandosi con 2 anioni OH- fanno proseguire la reazione .

Per altro nelle caldaie industriali , uno dei problemi maggiori riguarda proprio la corrosione degli impanti da parte di acqua o di soluzioni saline come i cloruri , corrosione da CO2 e da O2 ...

la reazione di formazione dell'ossido salino precedentemente accennato , Fe3O4 è manna dal cielo , nel senso che questo ossido si forma anche in ambiente non ossigenato proprio dalla reazione tra acqua e ferro in ambiente lievemente alcalino , a medie temperature ( gia' a 150-200 °C).

3Fe +4H2O --------> Fe3O4 + 4H2 (menzionata da Lupino)

L'ossido salino in questione forma uno strato compatto e resistente sulla superficie del ferro , preservandolo da ulteriore ossidazione ..cioè la reazione ha termine !( l'acqua pero' deve avere condizioni stabili e precise di pH , tendenzialmente verso il basico (alcalino Tra 8 e 10/11 , ma questo dipende dalla temperatura/pressione di esercizio) e non deve esserci ossigeno.

P.S. .. Andrea devi anche pensare che il ferro come elemento non si trova libero in natura , ma combinato con zolfo (pirite) , OSSIGENO! (MAGNETITE, EMATITE E LIMONITE AD ES) , e siderite (carbonato ferroso)

...se lo estrai da questi minerali con gli altiforni,.... il FERRO ,....

quanto ti viene a costare sto' idrogeno a livello economico/ambientale? .

ammettendo di riuscire a fare un'impianto a ferro piroforico ?per aumentarne la cinetica chimica
spero di essere stato utile :)

cordialmente

Francy :)

Lupino
20-09-2014, 19:19
... se posso intromettermi in punta di piedi nella discussione...
Hyde, ultimamente inizio a pensare che ci sia una qualche forma di telepatia.... giuro, quasi quasi, se non intervenivi, ti venivo a cercare :spettacolo:


...nelle caldaie industriali , uno dei problemi maggiori riguarda proprio la corrosione ...
Aggiungo (anche se leggermente OT): analogo fenomeno si ha negli scafi delle navi ma anche, più semplicemente, nei puffer o nei bollitori dei classici impianti solari o termici in generale. In questo caso, per preservare l'impianto, si adotta il sistema dell'anodo sacrificale, ovvero un elemento costituito da un materiale (es. magnesio) avente un potenziale elettronegativo inferiore (collegamento a terra) rispetto a quella del materiale da preservare.

Fetente
22-09-2014, 10:21
Wow, non ci ho (ovviamente) capito quasi niente. Devo però aver capito che il bilancio cost/benefit è nettamente sotto il pareggio...
Cmq, grazie a tutti per avermi risposto così esaurientemente.
Ciao,


Andrea