Подпишите недостающие символы химических элементов в схемах процессов образования ржавчины на чугунной ограде во влажном воздухе.

Краткий ответ: в пустое поле впишите Fe — железо. Если в схеме восстановления есть отдельный пропуск перед индексом 2, там нужен O — кислород; на видимой нижней строке \(O_2\) уже набран.

Верхняя строка с одним электроном читается так: \[ \mathrm{Fe}^{2+}-e^-\to \mathrm{Fe}^{3+}. \] Если перед \(e^-\) стоит коэффициент 2, это первая стадия окисления железа: \[ \mathrm{Fe}-2e^-\to \mathrm{Fe}^{2+}. \]

Вторая видимая полуреакция — восстановление кислорода: \[ \mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O}+4e^-\to4\mathrm{OH}^-. \]

Почему так. Во влажном воздухе на поверхности чугуна есть тонкая плёнка воды — электролит. Железо отдаёт электроны, то есть окисляется, а кислород воздуха принимает электроны и восстанавливается. Поэтому в схемах окисления участвует Fe, а в восстановлении — O.

Ионы железа связываются с \(OH^-\), образуя гидроксиды, которые затем превращаются в гидратированный оксид железа — ржавчину: \[ 4\mathrm{Fe}+3\mathrm{O_2}+6\mathrm{H_2O}\to4\mathrm{Fe(OH)_3}, \qquad \text{ржавчина } \mathrm{Fe_2O_3}\cdot n\mathrm{H_2O}. \]

Проверка для суммарной ионной схемы: \[ 4\mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O}\to4\mathrm{Fe}^{3+}+4\mathrm{OH}^-. \] Заряды сходятся: слева \(+8\), справа \(4\cdot(+3)+4\cdot(-1)=+8\). Атомы Fe, O и H тоже уравнены.