Ржа́вчина (устар. «ржа») — общий термин для определения оксидов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным оксидам, образующимся в процессе реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в ходе реакции железа с хлором при отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, на арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называется зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы зрительно или с помощью спектроскопии, они образуются при разных внешних условиях[1]. Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe2O3·nH2O и метагидроксида железа (FeO(OH), Fe(OH)3).
При наличии достаточного времени любая масса железа в присутствии воды и кислорода может в конечном итоге полностью превратиться в ржавчину. Поверхностная ржавчина обычно чешуйчатая и рыхлая и не обеспечивает пассивной защиты основного железа, в отличие от образования патины на медных поверхностях. Ржавление — это общий термин для обозначения коррозии элементарного железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы подвергаются аналогичной коррозии, но образующиеся при этом оксиды обычно не называют «ржавчиной». Ржавая поверхность не создаёт защиты для нижележащего железа, в отличие от патины, образующейся на медной поверхности, или оксида алюминия, покрывающего алюминиевые предметы[2].
Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, углерод), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух реагентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы[3].
Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду[4]. Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода: