OXIDACIÓN REDUCCIÓN

Clásicamente, oxidación es la combinación de una sustancia con oxigeno, y la reducción el proceso inverso, es decir, la disminución del contenido de oxigeno de una sustancia. Sin embargo tras el estudio de distintas reacciones se acaba definiendo oxidación como la perdida de electrones y reducción como la ganancia de electrones.

No puede haber procesos de oxidación o reducción aislados, porque si una especie química pierde electrones, otra debe ganarlos. Así todo proceso de oxidación va unido a otro de reducción; hay una transferencia de electrones de la sustancia que se oxida hasta la que se reduce.

Si n es la valencia del metal la oxidación viene caracterizada por la reacción siguiente: M M + ne .

CELDA ELECTROQUÍMICA

Una celda electroquímica se forma cuando se introducen 2 metales en un líquido conductor de la electricidad (ej. Disolución Ac. sulfúrico).

Ej. Si introducimos una barra de Fe y otra de Cu en una disolución separados por una membrana porosa. El Fe por su carácter metálico tiene tendencia a pasar a la disolución en forma de iones Fe²+ originandose la reacción de oxidación FeFe²+ + 2e . Estos e liberados pasan por un hilo conductor siendo captados por los iones Cu²+, que pasa a transformarse en Cu metálico.

Asi, en una celda electroquímica tenemos los siguientes componentes: cátodo, que es el electrodo positivo y recibe e por el circuito externo a causa de la reacción química que sufre el ánodo. Ánodo, es el electrodo negativo que cede e al circuito y se corroe al abandonar los iones metálicos positivos su superficie. Circuito externo, que es la conexión para Que los e circulen del ánodo al cátodo. Electrolito, que es el líquido que sirve de medio para los iones metálicos que abandonan el ánodo puedan desplazarse hacia el cátodo.

CORROSIÓN

Un metal se oxida cuando pierde e . Cuando esto está causado por los agentes atmosféricos se llama corrosión. Las dos condiciones para la corrosión es que hay oxigeno y humedad. La corrosión es más peligrosa para la vida de los materiales que la oxidación simple, ya que en un medio húmedo, la capa de oxido no se deposita sobre la superficie del material, sino que se disuelve acabando por desprenderse.

La humedad del aire es normalmente el medio que permite la transferencia de e . Por condensación del vapor de agua, el metal se encuentra recubierto de una película de agua, que con las sustancias de la atmósfera constituye el electrolito. (La corrosión es mayor cerca del mar donde el agua tiene NaCl).

El problema de la corrosión es particularmente en el caso del hierro y el acero. Así 1/5 de la producción del acero se dedica a reemplazar al que queda inutilizado por la corrosión.

Faralay demostró que la cantidad de elemento que se corroe (disuelve) en el ánodo o se deposita en el cátodo.

j.A.t.Peq j: intensidad de corriente. F: cte de Faraday.

M = F A: area de superficie del electrodo. t: tiempo.

Peq: peso equivalente de la sustancia corroida.

Cuando se mide de forma experimental la corrosión de una sustancia, se mide la masa que pierde por unidad de tiempo y superficie expuesta a la atmósfera. u: mg.dm³.dia = mdd

También se puede medir como la profundidad del material perdido por unidad de tiempo. u: mm/año.

Tipos de corrosión:

-Corrosión uniforme: se produce de forma uniforme por la superficie del material de modo que esta disminuye de forma gradual.

-Corrosión galvánica: tiene lugar entre 2 metales de distinta electronegatividad. El más electronegativo es el que se corroe.

-Corrosión por grietas o aireación diferencial: se trata de una forma de corrosión localizada en hendiduras o superficies protegidas donde puede haber disoluciones estancadas. Este tipo de corrosión es frecuente en tornillos, remaches,...; donde la abertura es ancha para que entre el líquido pero estrecha para que salga, de forma que se estanca. Así resulta preferible la unión por soldadura.

-Corrosión por picaduras: la picadura es un ataque corrosivo localizada, muy destructivo y difícil de detectar, ya que los pequeños agujeros que se forman pueden quedar tapados por el producto de la corrosión. Esto implica que puede ocasionar fallos inesperados. Generalmente la aparición de una picadura es lenta, pero una vez formada crece rapidamente.

-Corrosión intergranulada: en un material metálico los límites de grano se convierten en ocasiones en zonas especialmente sensibles a la corrosión, ya que en estos puede precipitar una segunda fase, o absorber elementos de las zonas limítrofes de manera que se produzca una celda electroquímica (2 componentes con distinta electronegatividad). Esta corrosión origina una disminución importante de la resistencia metálica del material.

-Corrosión selectiva: es la corrosión preferente de un elemento en una aleación. El más común es el deszincando de los latones, consistente le la eliminación del zinc aleado con el Cu, y que convierte al latón en una masa débil y rojiza de Cu.

-Corrosión por erosión: proceso de corrosión unido a un desgaste superficial por fricción de las superficies de 2 sólidos, de modo que las partículas de oxido se desprenden y actúan de modo abrasivo entre las superficies en contacto. También ocurre en las superficies que están en un líquido que se mueve a gran velocidad, de forma que las partículas en suspensión o las burbujas de aire, se comportan como pequeñas limas ante la superficie del material.

-Corrosión por tensión: La corrosión sufrida en una determinada atmósfera, unida a efectos estáticos de tracción produce una situación similar a la de fatiga. Según transcurre le tiempo, las fisuras que se originan en un material sometido a corrosión por tensión crecen. Cuando una de estas es lo suficientemente grande, se produce una fractura sin previo aviso; este fractura se puede presentar bajo tensiones menores al límite elástico del material. Las atmósferas en las que se verifica depende del material.

Ej. Los aceros y aleaciones de aluminio en atmósferas de agua de mar. Los latones en atmósferas húmedas de amoniaco.

En la mayor parte de los casos no se conocen con detalle los mecanismos que rigen los procesos de corrosión. Por eso cuando se va a seleccionar un material resistente a la corrosión, lo que se hace es ensayar el material en una atmósfera lo más parecida posible a la que se va a encontrar en su vida útil.

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

La corrosión se puede controlar o prevenir por medio de diferentes métodos, aunque a veces resulta más económico cambiar la pieza corroída cada cierto tiempo que aplicarle alguno de los métodos de protección.

Los métodos para controlar la corrosión son, selección de materiales, recubrimientos, diseño, alteración del entorno, protección catódica y protección anódica.

-Selección de materiales: consiste en elegir un material lo suficientemente resistente a la corrosión, en la condición a la que va a ser utilizado. Ej. Aceros inoxidables o algunos materiales cerámicos.

-Recubrimientos: podemos controlar la corrosión dotando a los materiales de un recubrimiento adecuado. Pueden ser recubrimientos metálicos, orgánicos o inorgánicos.

*Los metálicos se aplican en finas capas sobre piezas metálicas, de forma que las aíslan del ambiente corrosivo. En algunas ocasiones estos recubrimientos sirven de ánodos de sacrificio, y se corroen en vez el metal al que protegen. Ej. Acero galvanizado, que es acero recubierto con una fina capa de zinc. El zinc se corroe evitando el deterioro de del acero, ya que el zinc es más electronegativo.

*Los inorgánicos se usan para proteger al acero de la corrosión mediante una fina capa de vidrio fundido, que le proporciona además un acabado duradero. Este acero vidriado se utiliza para la industria química

*En los inorgánicos, los materiales se recubren con pinturas, barnices, lacas, y otras sustancias con el fin de proteger de la corrosión.

-Diseño: para reducir los problemas de corrosión se pueden establecer ciertas normas de diseño:

*Para prevenir la corrosión por grietas es preferible la unión por soldadura a los remaches.

*No se deben diseñar ángulos pronunciados en tuberías donde circulen líquidos a gran velocidad para evitar la corrosión.

*Los tanques destinados a albergar sustancias corrosivas deben estar provistos de un sistema de desagüe que permita su limpieza.

*Los elementos sometidos a condiciones extremas de corrosión estar situados de forma que se puedan limpiar y sustituir de forma rápida y sencilla.

-Alteración del entorno: la corrosión es un ataque químico por parte del medio, de forma que cualquier modificación de este, repercutira en la forma en la que se realiza la corrosión. Con objeto de reducirla se pueden citar las siguientes normas:

*Una disminución de la temperatura implicara la reducción de la velocidad de corrosión. Sin embargo hay algunas excepciones como el agua de mar, que es más corrosiva a menor temperatura.

*Si la velocidad del fluido corrosivo disminuye, se reduce la corrosión por erosión. Aunque otras veces hay que evitar las disoluciones estancas.

*Cuando los recipientes que contienen fluidos corrosivos han de ser totalmente cerrados, se añaden inhibidores para reducir la corrosión. Hay inhibidores de tipo absoción, que son absorbidos por la superficie del recipiente creando un recubrimiento protector, o de tipo desoxidante, que reaccionan con el oxigeno eliminándolo.

-Protección catódica: en el cátodo de una pila se da una reacción de reducción, de forma que si convertimos a la pieza que queremos proteger en un cátodo, no sufrirá corrosión. (Se da suministrándole e )

El suministro de e se puede hacer por corriente impresa, uniendo la pieza al polo negativo de una fuente de corriente continua externa y el polo positivo se conecta a un ánodo consumible (chatarra), o por ánodo de sacrificio.

-Protección anódica: consiste en la formación de películas protectoras en la superficie de los metales de igual modo que en la oxidación se forman películas de óxido autoprotectoras de forma natural. No se conocen con claridad los mecanismos de formación de estas películas, pero mediante un tratamiento adecuado se puede provocar su aparición en algunos metales.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQUÍMICOS

Estos tratamientos tienen como finalidad dotar al material de unas propiedades mecánicas distintas a las iniciales. O bien recuperar sus propiedades iniciales después de haber provocado un cambio.

Los tratamientos térmicos son procesos, que mediante enfriamientos y calentamientos producen cambios en las propiedades mecánicas de los materiales (aumentan resistencia, tracción y dureza), sin alterar su composición química.

Los tratamientos termoquímicos son procesos que mediante enfriamientos, calentamientos y cambios en la composición química provocan un aumento de la resistencia y la dureza de la superficie exterior de las piezas, manteniendo el núcleo de las mismas con las propiedades iniciales.

TEMPLE

Es un tratamiento térmico tal que, mediante calentamientos y enfriamientos permite transformar la austenita en martensita. La finalidad del temple es aumentar la resistencia a la tracción, la dureza y la elasticidad de los aceros, a expensas de disminuir su plasticidad y tenacidad (la pieza se hace más frágil).

Así mismo, con el temple se modifican propiedades físicas (aumenta el magnetismo y la resistencia eléctrica) y químicas (aumenta la resistencia a la corrosión).