Passivazione
Fenomeni elettrochimici di interesse pratico: la passivazione
In questa lezione vedremo che cos'è e quando si ha il fenomeno della passivazione.
Studieremo quali metalli possono passivarsi e con quali modalità. Vedremo infine qual è l'importanza pratica del fenomeno della corrosione.
La passivazione è un fenomeno elettrochimico che porta alla modificazione dello stato superficiale di un metallo e ne rallenta la dissoluzione anodica, ovvero la corrosione.
A cosa è dovuta la passivazione?
A differenza del ferro, che reagendo all'aria umida forma un solido scaglioso e friabile noto come ruggine (fenomeno della corrosione), alcuni metalli come ad esempio zinco, alluminio, titanio e rame, reagendo all'aria umida formano una patina protettiva solida e compatta che protegge il metallo sottostante da ulteriore ossidazione; tale processo è noto come passivazione.
Il rame, ad esempio, si ossida facilmente all'aria umida formando idrossido rameico il quale, reagendo con l'anidride carbonica disciolta nell'acqua, forma un carbonato monobasico rameico che è responsabile della formazione di quella patina verde (verderame) che ricopre il rame esposto all'aria umida:
Cu(OH)2 + CO2 + H2O → [Cu(OH)]2CO3 + 2 H2O
Passivazione di una lastra di rame
In modo analogo lo zinco, reagendo all'aria umida, forma una patina protettiva costituita da ossido di zinco ZnO e [Zn(OH)]2CO3.
In alcuni casi il film dovuto alla passivazione del metallo è cosi sottile da confondersi con uno strato monomolecolare di ossigeno adsorbito; in altri casi, come si è visto, il film è formato da un composto poco solubile del metallo.
Molto spesso la passivazione del metallo è però dovuto alla formazione di un film di ossido che è identificabile come una fase definita interposta tra il metallo e la soluzione.
In questo caso si può dire che le condizioni di passività del metallo coincidono con le condizioni di esistenza dell'ossido del metallo; in queste condizioni lo strato di ossido può ostacolare in misura maggiore o minore la dissoluzione del metallo.
Michael Faraday e il fenomeno della passivazione
Il fenomeno della passivazione dei metalli è noto fin dai tempi di M. Faraday, che aveva correttamente attribuito a una "ossidazione" della superficie del ferro il fatto che la violenta reazione del ferro immerso in acido nitrico concentrato cessava dopo pochi istanti.
Il ferro era diventato "passivo", tanto che poteva essere immerso in una soluzione di solfato di rame senza che vi si depositasse, come d'abitudine, del rame.
L'esempio del ferro in acido nitrico concentrato è un esempio classico, per il quale è possibile isolare il sottilissimo film di ossido che si forma sulla superficie e conferisce la passività al ferro.
Importanza della passivazione
La passivazione è un fenomeno di enorme importanza pratica. Con la sola eccezione dell'oro e del mercurio, che per loro stessa natura non si passivano, tutti gli altri metalli possono essere lavorati e utilizzati solo grazie ai fenomeni di passivazione, che rallentano la naturale tendenza dei metalli a ricombinarsi con l'ossigeno e con l'acqua per riformare gli ossidi da cui i metalli sono stati ricavati.
Certe leghe, come gli acciai inossidabili, sono state messe a punto proprio per sfruttare a fondo le possibilità offerte dalla passivazione.
Inoltre, spesso la passivazione di alcuni metalli è provocata artificialmente attraverso particolari trattamenti anticorrosivi (ossidazione anodica). È possibile ottenere in tal modo materiali con elevata resistenza alla corrosione.
Riassumendo
1) Il fenomeno della passivazione è un fenomeno elettrochimico grazie al quale, sulla superficie di un metallo, si viene a formare uno strato protettivo dovuto alla modificazione dello stato superficiale del metallo stesso.
2) Grazie al fenomeno della passivazione, si viene a creare sulla superficie del metallo una patina protettiva solida e compatta che protegge il metallo sottostante da ulteriore ossidazione.
3) Si ha passivazione, ad esempio, lasciando il rame esposto all'aria umida (si viene a formare una patina verde che ricopre la superficie del rame stesso) oppure lasciando esposto all'aria dell'alluminio (si viene a formare una patina di ossido di alluminio).
4) Il fenomeno della passivazione ha una importanza pratica enorme: è infatti grazie a questo fenomeno che molto spesso i metalli possono essere lavorati.
5) In alcuni casi la passivazione è indotta artificialmente.
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