mercoledì 17 aprile 2013

Ruggine fatta in casa (homemade rust)

Di seguito spiegherò due metodi, semplici e a basso costo, che ho usato per creare della finissima ruggine color arancio, utile per pittura e invecchiamenti. Si può usare come pigmento, fissandolo con alcool o trementina, o mescolarlo con colore ad olio (ad esempio Terra di Siena bruciato) per arricchirne la cromia (grazie ad Augusto per la dritta!).

I will explain here two methods, simple and cheap, I used to create a very fine orange rust powder, useful in painting and in weathering. You can use it as a pigment, fixing it with alcohol or turpentine, or mix it with an oil paint (like Burnt Sienna) in order to enrich its chromatics (thanks to Augusto for the tip!).

Attenzione: i metodi di seguito descritti non comportano l'utilizzo di procedure pericolose o sostanze nocive. Tuttavia è bene attenersi ad elementari regole di sicurezza, come lavorare in ambienti aerati, non ingerire le sostanze utilizzate, evitare il contatto con gli occhi (e con la cute, per soggetti sensibili), monitorare regolarmente le apparecchiature elettriche in funzione e non utilizzarle in modo rischioso per l'incolumità di persone o cose.

Warning: the methods described below do not involve dangerous procedures or harmful substances. Nonetheless, one ought to follow simple safety rules, like working in a well ventilated area, not swallowing the substances, avoiding contact with eyes (and with skin, for sensible persons), regularly monitor functioning electrical equipment and not using them in a way hazardous for people and things.

Naturalmente, se notate delle inesattezze o volete dare consigli sentitevi liberi di commentare!

Obviously, if you notice any inaccuracy or simply you want to give me some advice, feel free to leave a comment!

Corrosione chimica (chemical corrosion)

Questo è il metodo più semplice, ma anche il più lento. In un recipiente si devono immergere dei frammenti di ferro (graffette, chiodi, bulloni, pagliette e così via, basta che non sia acciaio inox) in acqua ossigenata; la reazione è più veloce se si aggiungono come catalizzatori sale da cucina e aceto. Già dopo pochi minuti sui frammenti si inizieranno a formare delle bollicine di ossigeno, e dopo alcuni giorni la situazione sarà la seguente:

This is the simplest method, but also the slowest. You have to put into a jar some iron pieces (clips, nails, bolts, steel wool and so on, just not stainless steel) and submerge them in hydrogen peroxide; the reaction will be faster if you add salt and vinegar as a catalyst. Just after few minutes you will see some oxygen bubbles coming out from the iron pieces, and after a few days the situation will be like this:

Notare che le graffette a sinistra, all'inizio lucide, ora sono corrose ed arrugginite. Si deve raccogliere la "fanghiglia" arancione a destra, formata da idrossido ferrico, la nostra ruggine. Se si è usato il catalizzatore, essa sarà mista a sale ed altre sostanze, ma basterà scioglierla in acqua pulita ed aspettare: la ruggine si depositerà sul fondo, mentre le restanti sostanze rimarranno disciolte in acqua e potranno essere aspirate con una siringa. Fatto questo, si lascia asciugare e poi si "macina" il residuo. Questo è ciò che si ottiene:

Note that the clips on the left, that once were polished, now are corroded and rusty. You have to collect the orange "slime" on the right, made of ferric hydroxide (our rust). If you used the catalyst, it will be mixed with salt and other substances, but just put it into clean water and wait: the rust will settle to the bottom, while the other substances will remain dissolved in the water, ready to be sucked with a syringe. After that, let it dry and then "mill" what remains. This is what you will get:


A titolo di curiosità, la reazione avviene tra il ferro (Fe) e l'acqua ossigenata (H2O2), formando, con una complessa serie di reazioni chimiche in ambiente acido, idrossido ferrico (Fe(OH)3), acqua e ossigeno gassoso:

Just for curiosity, the reaction happens between iron (Fe) and hydrogen peroxide (H2O2), obtaining, through a complex series of chemical reaction in acid environment, ferric hydroxide (Fe(OH)3), water and gaseous oxygen:

Fe + H2O2 →...→ Fe(OH)3 + H2O + O2

Elettrolisi (electrolysis)

Questo metodo è più veloce (ore anziché giorni) ma più complesso. Prendere un barattolo, riempirlo di acqua salata in soluzione satura (aggiungere sale nell'acqua e mescolare finché non inizia a depositarsi sul fondo). Fissare con del nastro adesivo due fili elettrici e collegarvi degli oggetti di ferro (graffette, chiodi, ma non pagliette di ferro), come nella figura in basso, in modo che siano immersi nella soluzione (lasciare fuori i fili) ma che non vengano in contatto fra loro. Prendere un alimentatore in CC universale, impostarlo ad almeno 12 V e collegarlo ai due fili. Appena verrà acceso, dal catodo (segno -) inizieranno immediatamente a levarsi delle bollicine di idrogeno, mentre dall'anodo (segno +) inizierà a sprigionarsi un alone giallo-verde:

This is the fastest (hours instead of days) but also the most complex method. Take a jar and fill it with saturated salted water (drop salt into the water until you see it depositing on the bottom). Fix two electrical wires to the jar with scotch tape and link them to some iron pieces (clips, nails but not iron wool), so that these pieces (but not the wires) are submerged into the solution but do not touch each other, like in the picture below. Now take an universal DC power supply, set it to at least 12 V and link it to the two wires. As soon as you turn it on, some hydrogen bubbles will begin sparkling from the cathode (- sign), while a yellow-green halo will emanate from the anode (+ sign):

Dopo un paio di minuti l'alone giallo-verde (cloruro ferroso) si espande, mentre sulla superficie inizia a formarsi una schiuma color arancio. Nel frattempo l'anodo pian piano si ricopre di una sostanza gelatinosa bianca e verde scuro (idrossido ferroso) che a poco a poco si deposita sul fondo. Controllare di tanto in tanto che l'alimentatore non si surriscaldi, in caso staccarlo e aspettare che si raffreddi.

After a couple of minutes the yellow-green halo (ferrous chloride) expands, while on the surface an orange foam begins to form. Meanwhile a white and dark green gel starts to cover the anode, and slowly settles on the bottom. Check, from time to time, whether the power supply overheats, and in case unplug it until it cools down.

Dopo circa tre ore (ma il tempo può variare) la situazione è simile a quella della foto sottostante. Le bollicine sul catodo sono quasi scomparse, mentre una certa quantità di sostanza verde scuro si è depositata sul fondo. Il resto della soluzione è color giallo-arancio, senza più alcuna traccia di verde. Si può allora staccare l'alimentatore e rimuovere gli elettrodi.

After about three hours (but the time may vary) the situation is like in the photo below. The bubbles on the cathode have almost disappeared, while a quantity of dark green substance has settled on the bottom. The rest of the solution is yellow-orange, without any trace of green. You can now unplug the adapter and remove the electrodes.

Notare che mentre il catodo (filo azzurro) è rimasto intatto, l'anodo si è consumato fino ad avere una punta affilata come un ago.

Note that while the cathode (blue wire) remained intact, the anode has worn out until its tip became as sharp as a needle.

Fatto ciò, si agita la soluzione, poi si lascia decantare e si rimuove l'acqua salata in eccesso con una siringa. Si possono adesso seguire due strade:

  1. Si lascia asciugare il tutto a temperature non troppo alte, al sole o su un calorifero. La soluzione da verde passerà ad arancio chiaro (idrossido ferrico).
  2. Si fa bollire la soluzione in un vecchio pentolino, finché l'acqua non si asciuga, e poi si lascia sul fuoco finché non si passa dal verde scuro al bruno rossastro (ossido ferrico).

Nel primo caso si otterrà un colore arancio chiaro, come nel metodo precedente, nel secondo una tinta più scura, come nella foto sotto.
In entrambi i casi occorrerà raccogliere il deposito ottenuto, "lavare" via il sale con lo stesso procedimento utilizzato nel primo metodo e poi "macinare" in un mortaio o tra due pezzi di metallo per ottenere una polvere fine.

After that, stir the solution and let it settle, then remove the excess salty water with a syringe. Now you can choose between two ways:

  1. Let it dry at a not-so-high temperature, under the sun or with a heater. The color will change from dark green to light orange (ferric hydroxide).
  2. Put the solution in an old pot and boil it, until the water dries, then leave it on the fire until it becomes reddish-brown (ferric oxide).

In the first case you will get a light orange color, like in the previous method, while in the second one you will obtain a darker hue, like in the photo below.
In both cases you will need to collect the precipitate, "wash out" the salt like I did in the first method and then "mill" with a mortar or between two metal pieces, in order to obtain a fine powder.


Il cloruro di sodio (sale da cucina, NaCl) in soluzione acquosa si scinde negli ioni che lo costituiscono:

The sodium chloride (table salt, NaCl) in aqueous solution dissociates itself into its ions:

NaCl → Na+ + Cl-

Il sodio si legherà all'acqua per creare idrossido di sodio e idrogeno gassoso, mentre il cloro lo farà con il ferro, creando cloruro ferroso:

The sodium will bind with the water, forming sodium hydroxide and gaseous hydrogen, while the chlorine will bind with iron, creating ferrous chloride:

2Na+ + 2H2O → 2NaOH + H2
Fe + 2Cl → FeCl2

Il cloruro ferroso reagisce con l'idrossido di sodio formando cloruro di sodio, che così ritorna in soluzione, e idrossido ferroso, che essendo insolubile in acqua precipita:

The ferrous chloride reacts with sodium hydroxide, forming sodium chloride, that thus returns into the solution, and ferrous hydroxide, that is insoluble in water and thus precipitates:

2NaOH + FeCl2 → Fe(OH)2 + 2NaCl

L'idrossido ferroso reagisce spontaneamente con l'acqua per formare idrossido ferrico e idrogeno gassoso:

The ferrous hydroxide reacts spontaneously with the water forming ferric hydroxide and gaseous hydrogen:

2Fe(OH)2 + 2H2O → Fe(OH)3 + H2

Se invece l'idrossido ferroso viene posto a temperature più elevate, intorno a 200°C, reagisce con l'ossigeno formando ossido ferrico e vapore acqueo:

If instead the ferrous hydroxide is put at higher temperatures, around 200°C (392°F), it reacts with oxygen giving ferric oxide and water vapor:

2Fe(OH)2 + O2 → Fe2O3 + H2O

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