철이 녹스는 화학반응식

철에 녹이 스는 것

철에 녹이 스는 것은 철로 된 제품이나 철 그 자체를 사용하는 입장에서는 좋은 방향의 반응이 아니기 때문에 철의 부식이라고도 합니다. 이 철의 부식은 공기 중의 산소와 수분(습기, 물)에 의해서 진행이 되는데, 그 과정을 화학반응식으로 정리를 해보겠습니다.

 

철의 부식 화학반응식

철이 산소와 수분이 있는 환경에서 아래와 같은 반응이 일어나는데요, 우선 철이 전자를 잃고 산화가 되면서 이온이 형성됩니다.

 

Fe(s) → Fe^(2+)(aq) + 2e^(-) (철의 산화 반응)

 

이 반응에서 생성된 전자로 인해 철의 표면에서 산소가 전자를 얻어서 환원되는 반응이 발생합니다.

 

O2(g) + 2H2O(l) + 4e^(-) → 4OH(-)(aq)

 

위의 두 반응식을 합치고, 전자의 계수를 맞추어서 구성하면 아래와 같이 정리가 됩니다.

 

2Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) + 4e^(-) → 2Fe^(2+)(aq) + 4e^(-) + 4OH^(-)(aq)

 

2Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) → 2Fe^(2+) + 4OH(-)(aq)

 

위의 반응식에 산소와 물이 포함되어 있다는 것을 기억하면 됩니다. 그리고, 여기서 수산화철이 생성되는 반응이 진행됩니다.

 

Fe^(2+) + 2OH^(-) → Fe(OH)2

 

이 수산화철은 이온 상태로 존재하면서 철 이온이 추가로 산화가 되어 Fe(OH)3가 생성되기도 합니다. 그리고 이렇게 철이 추가로 산화가 되거나, 산화된 철이 산소와 반응하면서 산화철(Ⅲ), 녹(Rust)이 생성이 됩니다. (Fe2O3, Fe3O4)

 

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3

 

4Fe^(2+) + (4+2x)H2O + O2 → 2FeO3-xH2O + 8H^(+)

 

- 철이 녹스는 화학 반응식, 이미지 출처: hocktools.wordpress.com -

 

그리고, 아래 세 가지 간단한 철의 산화 반응은 고등학교 교과에서 등장하거나, 시험 지문에 등장한 적이 있는 반응이니 기억하면 좋겠습니다.

 

• 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s)
• 3Fe(s) + 4H2O(g) → Fe3O4(s) + 4H2(g)
• 3Fe2O3(s) + H2(g) → 2Fe3O4(s) + H2O(l)

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철이 녹이 스는 현상, 철의 부식, 철의 산화 반응은 산소와 물 때문이라는 것을 기억하면 되고, 철이 녹스는 것을 방지하기 위해서 철의 표면에 페인트나 기름칠을 하기도 하죠. 에펠탑에 주기적으로 페인트칠을 하는 것이 철의 산화 관련하여 시험 문제에 출제된 적도 있었습니다. 아래 글을 철의 산화 반응과 관련하여 참고하시기 바랍니다.

 

2023.10.06 - [과학] - 철의 산화 반응 (철의 녹슬음과 핫팩)

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