¿Qué es la corrosión en química? - Efectos en la materia

La corrosión se ha definido como el deterioro de un metal que es el resultado de reacciones químicas que son adhesivas a él y al ambiente circundante. La desventaja es que todos los metales están propensos a corroerse. El más rápido en sufrir esta degradación es el mineral del hierro. Sin embargo, hay un material que no se corroe, este es el acero inoxidable, por ello se fabrican los utensilios de cocina con este.

Cuando se expone al medio ambiente, la corrosión y la oxidación pueden provocar la contaminación del producto. Su importancia radica en que es muy valioso para el normal funcionamiento de casi todo el mundo físico que nos rodea.

Definición de corrosión en química

En el caso de la corrosión química, es un material que es soluble en el líquido corrosivo y se disolverá hasta que el fluido se consuma o se sature por completo. Esta es una reacción química (reducción-oxidación) que puede verse afectada por tres factores principales como son la pieza que se fabrica, el medio ambiente y el agua, o una reacción.

La corrosión es la destrucción de materiales por la acción electroquímica del entorno. Las aleaciones a base de cobre forman una capa verde debido a la formación de carbonato e hidróxido de cobre. Este es un fenómeno natural que afecta a los metales. La temperatura, qué ocurre y las propiedades de los elementos involucrados generan la velocidad de una reacción. Estas dependen de ellas, sobre todo su salinidad. Los líquidos corrosivos incluyen:

• Ácido sulfúrico.
• Ácido fluorhídrico.
• Ácido fosfórico.
• Ácido clorhídrico

¿Qué es la corrosión de los metales?

La corrosión en los metales es un procedimiento químico el cual se desarrolla en el mineral el óxido. Es el desgaste gradual de los objetos de este material bajo la influencia de factores externos, de que se conserve o no su forma. Sin embargo, el hierro es el más importante repetido y severo, aunque muchos metales están sujetos a oxidación.

La corrosión de metales se divide en química y electroquímica. Es la respuesta a un ataque constante de sales, agentes atmosféricos, gases o sustancias naturales orgánicas. Es incierto determinar el motivo por el que se corroen y a qué existen diversas causas que se pueden establecer. El deterioro que se produce en el metal se genera cuando recibe un ataque de oxígeno, como resultado de ello existe la oxidación.

Los metales que pueden ser sensibles a la corrosión son aquellos que se ha clasificado de tipo básicos se encuentran: cobre, plomo, zinc, estaño, hierro, manganeso, molibdeno, cromo, titanio, cobalto, tungsteno, también en metales preciosos como la plata, oro, platino y los radiactivos, como plutonio, torio, uranio, radio.  El oro y el platino son muy resistentes al proceso de oxidación, ya que la exposición que tiene al aire no les afecta directamente, en cambio, los otros metales sufren con velocidad la corrosión

Los minerales cómo el oro y el platino son muy resistentes a la oxidación, por lo que el estar expuestos a la intemperie no les afecta. Sin embargo, el hierro es más oxidante y aunque su causa es difícil de determinar, algunos de los factores que lo provocan son el agua y el oxígeno. De modo que cuando el hierro se moja, se oxida por consecuencia a un proceso electroquímico.

Sus características son su durabilidad y resistencia química. También su tolerancia a los impactos y a temperaturas extremas. Su fuerza de agarre no gotea ni se derrite, esta puede mantenerse intacta. Al ser impermeable, no absorbe líquidos como gasolina, cloros, detergentes, etc.

¿Qué es la corrosión electroquímica?

La corrosión electroquímica es un procedimiento que puede darse de forma espontánea y siempre indicará la presencia del área de ánodo. Esta zona está corroída, la zona del cátodo y el electrolito, por ello es necesaria la presencia de estos tres elementos y una buena conexión eléctrica entre el ánodo y el cátodo para que esto suceda.

La corrosión es de naturaleza electroquímica y surge debido a la acción de dos elementos. Estos forman múltiples secciones transversales, anódicas y catódicas en la superficie del metal.

El procedimiento de disolución de este material en ácidos es similar a los procesos electroquímicos. No es posible distinguir las regiones de ánodo y cátodo a simple vista debido a la naturaleza microscópica de las propias microcélulas. Las numerosas burbujas en la superficie del metal indican que hay demasiado cátodo, lo que hace que el metal se disuelva en el ánodo. Al cambiar las posiciones, se produce el momento de la disolución completa del este.

¿Qué elementos se necesitan para que exista la corrosión?

La corrosión necesita de algunas condiciones para que se desarrolle. Algunas de estas son:

• Experimentar un ataque físico-químico que sufren por el medio que las rodea.
• Debe existir dos componentes básicos del aire como el nitrógeno (78 %) y el oxígeno (21 %).
• Un ambiente húmedo.
• La presencia del agua en el entorno.
• Altas temperaturas de la salinidad ambiental propia de la cercanía al mar.
• Contaminación industrial con dióxido de azufre concentrado.
• Presencia de electrodos.

Ánodo

El ánodo se reconoce como electrodo efectivo por medio de la reacción de oxidación que adquieren los minerales. Un gran error que se ha solucionado es pensar que su polo es siempre positivo. En la mayoría de los casos esto es incorrecto, ya que, dependiendo del dispositivo utilizado, la polaridad puede cambiar y luego la forma en que funciona, teniendo en cuenta la corriente y la dirección de la electricidad. De acuerdo a lo antes mencionado el ánodo es negativo cuando suministra energía y es positivo si absorbe la energía

Cátodo

El cátodo se utiliza en la materia de física para denominar un electrodo negativo. Este proviene de la etimología que se conoce como camino descendente. Estos poseen carga de energía eléctrica negativa. Se llama electrodo al borde de un conductor eléctrico que recoge o transfiere una corriente cuando se está en contacto con un medio. Los extremos de una batería o celda se denominan terminales, los cuales pueden ser negativos o positivos. Esta cualidad se llama polaridad. La dirección de la corriente se establece como el flujo de carga del ánodo al cátodo.

Electrolito

Es una sustancia que, cuando se disuelve en fluidos corporales o agua, se descompone en iones, que son partículas cargadas, permitiendo que la electricidad viaje a través de ellas. Algunos de los electrolitos son sodio, potasio, cloruro y calcio. La función principal de estos en los organismos vivos es transportar nutrientes a las células y eliminar los productos de desecho de las mismas.

Los electrolitos pueden ser débiles o fuertes dependiendo de si están total o parcialmente ionizados o disociados en el medio acuoso. Un electrolito fuerte es aquel que es completamente soluble en agua y genera iones con una reacción de disociación irreversible. Una sustancia débil es la que se disuelve parcialmente en agua y forma un ion, donde ocurre una reacción reversible. Los electrolitos existen básicamente como sales, ácidos o bases.

Ruta metálica

La ruta metálica es también conocida como la ruta de retorno se encarga de conectar al ánodo y al cátodo para poder realizar el paso de electrones producido desde el ánodo hasta el cátodo.

¿Cuáles son las causas de la corrosión?

• Se producirá oxidación y corrosión mientras exista calor, oxígeno y agua.
• El principal elemento que debe estar presente para que se produzca la oxidación es el oxígeno. 
• La corrupción atmosférica y química se producen gracias a una reacción por una variedad de formas.
• La producción de corrosión atmosférica es aquella que aparece normalmente.
• La oxidación comienza cuando el agua y otras sustancias que son ácidas inician un contacto con un metal como el acero.
• Si no se hace un mantenimiento a las piezas puede ocurrir en cualquier instante la corrosión.

¿Qué factores afectan la velocidad de la corrosión?

Hay algunos factores que generan la progresión o aparición de la corrosión. Aquí te nombramos algunos:

• Naturaleza de los metales

Los que son más susceptibles a la corrosión son aquellos metales que tienen menor potencial en electrodo. Se pueden apreciar como el zinc, el aluminio y el magnesio. Será más la corrosión cuando exista un contacto entre sí, de dos metales. En otras palabras, mientras haya mayor diferencia de potencial entre dos electrodos, su acción será más efectiva. En conclusión, el hierro se afecta de manera eficaz cuando se encuentra en presencia con el cobre en vez del estaño. Por ello, debe evitarse el uso de metales distintos.

• Relación entre la región catódica y la anódica

El tamaño relativo de las regiones del cátodo y el ánodo afecta la tasa de corrosión. Por supuesto, cuanto mayor sea el área del cátodo, más rápido se consumirán los electrones liberados en el este. La tasa de corrosión es alta cuando un metal posee una zona positiva pequeña y una negativa grande. Sin embargo, en el momento que una relación disminuye, la corrosión incrementa. Esto se produce cuando un ánodo libera electrones. Logrando que se consuman en el área catódica. Es por ello que esto aumenta el coeficiente anódico, lo que conlleva a una mayor afectación de corrosión

El zinc sobre hierro crea una lámina de hierro anódico porque el zinc es más alto en la serie electroquímica. Por lo tanto, si la capa galvanizada se despega en algunos lugares, no causará una corrosión severa. Se produce gracias a la creación de regiones anódicas muy grandes y de las regiones catódica muy pequeñas

• Naturaleza del producto de corrosión

Los productos de corrosión se basan en analizar la creación de una película protectora que se produce en el metal. Si estas son estables, cómo insolubles y no porosas. La lámina evita una mayor degradación al actuar como una barrera entre la superficie metálica y el medio corrosivo.

La corrosión aumentará si un producto es inestable, soluble y poroso. Los materiales como el cromo, el titanio y el aluminio son pasivos en un ambiente de oxidantes, ya que originan una película protectora en la parte superior de éste, previniendo que la corrosión sea mayor.

• pH del medio

La tasa de corrosión a pH ácido es más alta que a pH neutro y alcalino. Para prevenir que se produzca la corrosión en el metal se forma una película protectora de óxido. Con el aluminio sucede el caso contrario, ya que la corrosión es alta por un pH elevado.

• Temperatura

Cuando se habla de temperatura se refiere al aumento de conductividad del medio y, por lo tanto, a un incremento de velocidad de difusión. La temperatura por medio de la humedad acrecienta la aceleración de la corrosión. Por ello, el progreso es rápido en los grados más elevados. De esta manera el aumento que se produce en la temperatura reduce la pasividad, ya que a su vez lleva a un incremento de la tasa de corrosión.

• Efecto del oxígeno

El recto oxígeno es el principal elemento para que ocurra la corrosión. Si los metales se exponen a diversas concentraciones de oxígeno, se produce corrosión debido a las diferentes aireaciones. Así que la zona que está menos expuesta al O2 se presenta como ánodo y, por lo tanto, afecta a la corrosión. Al estar comprometido a una alta concentración de oxígeno, actúa como cátodo y por ello la corrosión no sufre.

• Sobretensión de hidrógeno

Un metal con menos pico de hidrógeno en su superficie es más susceptible a la corrosión cuando la reacción del cátodo tiene parte a medida que avanza la evolución del hidrógeno. Es fácil la liberación del gas hidrógeno por consecuencia a la sobretensión de hidrógeno que es menor. En otros términos, la reacción catódica es muy avanzada, lo que genera que la reacción anódica sea más veloz. En otras palabras, se produce un incremento en la aceleración de la corrosión. Esta es menor a mayor sobretensión.

¿Qué características tiene la corrosión?

Este procedimiento es bastante específico y necesita cumplir con ciertos criterios. Aquí te decimos sus características:

• Es un proceso que se realiza de forma gradual y continua que suele ocurrir con el tiempo.
• Ocurre en una variedad de materiales. Estos incluyen metales, polímeros, cerámicos, etc.
• Se crea al cambiar los materiales a través de la oxidación o la reducción.

Esto se genera por la humedad, la presencia de iones de hidrógeno, la exposición química y las fluctuaciones de temperatura. De igual forma se manifiesta por la formación de óxido, pérdida de espesor, deterioro de las propiedades mecánicas y aparición de fisuras.

Ocurre en modos distintos, como la corrosión uniforme, por picaduras, galvánica, por grietas y corrosión por fatiga. A menudo es difícil de detectar porque puede ocurrir en lugares invisibles o de fácil acceso.

Perjudica el funcionamiento de la estructura y la seguridad del equipo. Esto es costoso, ya que requiere reparaciones y reemplazos costosos. Esto se puede evitar eligiendo los materiales correctos, el diseño correcto y el uso de revestimientos protectores.

¿Qué tipos de corrosión existen?

Las distintas partes del proceso involucran diferentes reacciones químicas, por lo que los tipos de corrosión dependen de las condiciones ambientales.

• Generalizada

Su afectación es uniforme sobre toda la estructura del metal. Esto conduce a un desgaste casi completo, que es la corrosión más devastadora. La ventaja es que es muy sencillo su proceso de prevención. Ocurren en la construcción, en materiales ferrosos que no se alean con otros aceros inoxidables.

• Localizada

La corrosión localizada es complicada al momento de detectarla, por ello, existe un riesgo mayor. Esto ocurre en puntos específicos del material, según las condiciones ambientales y la geometría de la pieza en sí.

Los tipos de corrosión pueden subdividirse y lo mencionaremos de la siguiente manera.

• Corrosión galvánica 

Esto sucede cuando un elemento metálico entra en contacto con otro metal más precioso, en un medio ambiente no seco, y estar los iones metálicos en movimiento hace que se oxiden.

• Corrosión por fisuras

Existen las áreas estrechas donde la concentración del oxígeno es menor, dado esto actúa como ánodo acelerando así la corrosión. Este tipo se genera cuando un metal está en contacto con una solución líquida que se encuentra de manera estancada.

• Corrosión por picaduras

Ocurre en materiales pasivos. Con la acumulación de oxidantes y un aumento del pH del medio, se destruye la capa de pasivación.

• Corrosión por cavitación

Se produce en sistema de transporte de diversos líquidos construidos mediante materiales pasivados. Variaciones en la presión del sistema provocan flujos con burbujas de aire, que implosionan contra el material.

De esta manera, la capa pasiva se destruye, causando daños similares, aunque más severos, a las picaduras. Por otro lado, encontramos un fenómeno que favorece el proceso de corrosión, en especial la porosidad. A esto se le llama corrosión microbiana o microbiana.

¿Cómo evitar la corrosión?

Se puede evitar la corrosión de las siguientes maneras:

• Recubrimientos

Muchos metales están recubiertos con polímeros o plásticos. O hacer uso de pintura. Deben existir recubrimientos resistentes para cuando sean expuestos al medio ambiente y poder evitar o minimizar una corrosión ambiental. 

• Aleaciones

Diversas combinaciones de metales dan el resultado de una mayor resistencia a la corrosión, así como al acero de aleación de zinc.

• Inhibidores de corrosión

Son productos químicos que tienen la propiedad de ralentizar o detener el proceso natural de corrosión de determinados materiales. Así que sumérjalos en una película para hacerlos más estables.

• Escogencia de materiales

La solución más simple que se realiza para evitar la corrosión, es la selección cuidadosa de materiales que pueden y no exponerse al medio ambiente. En especial, los materiales que pueden estar en contacto bajo el agua o elementos que ayuden a la velocidad de la corrosión.

• Diseño

El diseño de las estructuras puede parecer de poca importancia, pero se debe implementar para aislar las superficies del medio ambiente.

Otras soluciones.

• Utilice acero inoxidable en lugar del normal.
• Armadura ordinaria de acero con plástico especial.
• Pinte el acero liso con pintura especial y luego hacerle un barnizado
• Proteja el acero con ánodo de zinc (protección catódica).

Ejemplos de corrosión

A continuación, observarás algunos ejemplos de la vida cotidiana donde podrás encontrar el proceso de corrosión.

• Las herrumbres en el metal que son expuestos al agua

Se encuentra en las láminas de metal de las lavadoras automáticas o de las puertas de los automóviles que se dejan en la playa, donde el ambiente salado acelera la reacción de oxidación y crea grietas y óxido de color, pronto aparecerá el típico marrón.

• La tonalidad de la Estatua de la Libertad

Su color original no debe ser verde, sino cobre, el material del que está realizada. Por el simple hecho de estar rodeado por agua, se oxida por la humedad del aire y por consecuencia es cubierto por un polvo verdoso.

• Conserva de latas

Los recipientes de alimentos que se dejan en la despensa por mucho tiempo comienzan a ponerse amarillos en algunas partes, una señal segura de que la corrosión del aire ha comenzado a extenderse hacia ellos. El bulto se crea por una acumulación de hidrógeno y es un signo extremo de corrosión.

• Edificaciones realizadas por concreto

El concreto es un elemento duro y de alta densidad a la vez discontinuo. Pero cuando la estructura está en constante contacto con el agua de mar, puede llegar a las barras de acero, momento en el cual el acero comienza a corroerse. Por lo tanto, la presencia de óxido en una estructura particular indica un alto nivel de corrosión de la barra de refuerzo.

Además de los objetos que pueden ser consumidos por la corrosión, existen sustancias corrosivas que son peligrosas para los seres vivos. Estas sustancias pueden irritar o quemar los tejidos de la piel, los ojos, el tacto. De acuerdo a lo establecido antes también mencionaremos algunas de sustancias, de cuáles debe existir prevención para no tener contacto con la piel y así poder evitar accidentes.

• Ácido clorhídrico

De fórmula HCl, también conocido como ácido clorhídrico o lejía, se puede fabricar haciendo reaccionar cloruro de sodio (NaCl) con ácido sulfúrico (H2SO4) o quemando ciertas resinas. Tiene alta corrosividad y solubilidad.

• Ácido nítrico.

Gracias a su fórmula, el HNO3 es un líquido viscoso utilizado como reactivo de laboratorio.

• Ácido sulfúrico.

Su fórmula es H2SO4 y es uno de los productos más complejos que existen, ya que se utiliza en la producción de fertilizantes, sulfatos e incluso en la industria petroquímica. Además, es utilizado en metalurgia y en la elaboración de baterías.

Otras sustancias corrosivas pueden ser:

• Ácido fórmico.
• Ácido acético concentrado.
• Cloruro de zinc.
• Cloruro de aluminio.
• Trifluoruro de boro.
• Hidróxido de sodio.
• Hidróxido de potasio.
• Hidruro de sodio.
• Sulfato de dimetilo.
• Fenol (ácido carbólico).
• Cloruro de acetilo.

La corrosión química es un proceso bastante interesante y común en la cotidianidad. Por ello es relevante que entiendas como funciona así evitaras daños a objetos importantes debido a ella.