Informe de experimento: Un sacapuntas y la oxidación de los metales

Introducción

En este experimento se va a comprobar cómo cuando hay dos metales en contacto, uno de ellos actúa de "protector" contra la corrosión del otro. Para ello nos va a bastar un pequeño sacapuntas metálico a los lápices hay unas pequeñas maquinillas metálicas o de plástico a las que llamamos "sacapuntas" o "afilalápices" y todas ellas utilizan una cuchilla de acero.

Qué es la oxidación de los metales

La oxidación en palabras simples es una reacción química donde un metal o un no metal ceden electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. Redox en términos generales es una abreviación de "reducción/oxidación", y se refiera a todas aquellas reacciones químicas en donde átomos cambian su estado de oxidación.

Tipos de Oxidación o Corrosión

General o Uniforme

Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la pérdida regular del metal superficial. A su vez, esta clase de corrosión se subdivide en otras:

Atmosférica

De todas las formas de corrosión, la Atmosférica es la que produce mayor cantidad de daños en el material y en mayor proporción. Grandes cantidades de metal de automóviles, puentes o edificios están expuestas a la atmósfera y por lo mismo se ven atacados por oxígeno y agua. La severidad de esta clase de corrosión se incrementa cuando la sal, los compuestos de sulfuro y otros contaminantes atmosféricos están presentes. Para hablar de esta clase de corrosión es mejor dividirla según ambientes. Los ambientes atmosféricos son los siguientes:

Industriales Son los que contienen compuestos sulfurosos, nitrosos y otros agentes ácidos que pueden promover la corrosión de los metales. En adición, los ambientes industriales contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas, lo que produce un aumento en la corrosión.

Marinos Esta clase de ambientes se caracterizan por la presentía de cloridro, un ion particularmente perjudicial que favorece la corrosión de muchos sistemas metálicos.

Rurales En estos ambientes se produce la menor clase de corrosión atmosférica, caracterizada por bajos niveles de compuestos ácidos y otras especies agresivas. Existen factores que influencian la corrosión atmosférica. Ellos son la Temperatura, la Presencia de Contaminantes en el Ambiente y la Humedad.

Galvánica La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una solución conductiva).

El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones, dependiendo de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión.

Esta forma de corrosión es la que producen las Celdas Galvánicas. Sucede que cuando la reacción de oxidación del ánodo se va produciendo se van desprendiendo electrones de la superficie del metal que actúa como el polo negativo de la pila (el ánodo) y así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas más simples.

Quizá la problemática mayor sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante común se presente en variadas formas y muy seguido. Por ejemplo, la corrosión de tuberías subterráneas se puede producir por la formación de una pila galvánica en la cual una torre de alta tensión interactúa con grafito solidificado y soterrado, con un terreno que actúe de alguna forma como solución conductiva.

Metales Líquidos La corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales en presencia de ciertos metales líquidos como el Zinc, Mercurio, Cadmio, etc. Ejemplos del ataque por metal líquido incluyen a las Disoluciones Químicas, Aleaciones Metal-a-Metal (por ej., el amalgamamiento) y otras formas.

Altas Temperaturas Algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy altas temperaturas, pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como Empañamiento, Escalamiento o Corrosión por Altas Temperaturas.

Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura. Actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante, se forma una pequeña capa sobre el metal, producto de la combinación entre el metal y el gas en esas condiciones de temperatura. Esta capa o "empañamiento" actúa como un electrolito "sólido", el que permite que se produzca la corrosión de la pieza metálica mediante el movimiento iónico en la superficie.

Algunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes:

* Alta estabilidad termodinámica, para generar en lo posible otros productos para reacciones distintas.

* Baja Presión de Vapor, de forma tal que los productos generados sean sólidos y no gases que se mezclen con el ambiente.

La corrosión por Altas Temperaturas puede incluir otros tipos de corrosión, como la Oxidación, la Sulfatación, la Carburización, los Efectos del Hidrógeno, etc.

Corrosión por Fisuras o "Crevice" La corrosión por crevice o por fisuras es la que se produce en pequeñas cavidades o huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la primera, o más comúnmente con un elemento no- metálico. En las fisuras de ambos metales, que también pueden ser espacios en la forma del objeto, se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. Se dice, en estos casos, que es una corrosión con ánodo estancado, ya que esa solución, a menos que sea removida, nunca podrá salir de la fisura. Además, esta cavidad se puede generar de forma natural producto de la interacción iónica entre las partes que constituyen la pieza.

Algunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes:

* rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.

* cerrar las fisuras con materiales no-absorventes o incorporar una barrera para prevenir la humedad.

* prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.

Corrosión por Picadura o "Pitting" Es altamente localizada, se produce en zonas de baja corrosión generalizada y el proceso (reacción) anódico produce unas pequeñas "picaduras" en el cuerpo que afectan. Puede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo mucho mayor.

Esta clase de corrosión posee algunas otras formas derivadas:

* Corrosión por Fricción o Fretting : es la que se produce por el movimiento relativamente pequeño (como una vibración) de 2 sustancias en contacto, de las que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie del metal, las que son ocultadas por los productos de la corrosión y sólo son visibles cuando ésta es removida.

* Corrosión por Cavitación: es la producida por la formación y colapso de burbujas en la superficie del metal (en contacto con un líquido). Es un fenómeno semejante al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. Genera una serie de picaduras en forma de panal.

* Corrosión Selectiva: es semejante a la llamada Corrosión por Descincado, en donde piezas de cinc se corroen y dejan una capa similar a la aleación primitiva. En este caso, es selectiva porque actúa sólo sobre metales nobles como al Plata-Cobre o Cobre-Oro. Quizá la parte más nociva de esta clase de ataques está en que la corrosión del metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras y hace parecer al metal corroído como si no lo estuviera, por lo que es muy fácil que se produzcan daños en el metal al someterlo a una fuerza mecánica.

Corrosión Microbiológica (MIC) Es aquella corrosión en la cual organismos biológicos son la causa única de la falla o actúan como aceleradores del proceso corrosivo localizado. La MIC se produce generalmente en medios acuosos en donde los metales están sumergidos o flotantes. Por lo mismo, es una clase común de corrosión. Los organismos biológicos presentes en el agua actúan en la superficie del metal, acelerando el transporte del oxígeno a la superficie del metal, acelerando o produciendo, en su defecto, el proceso de la corrosión.

La Corrosión en la Industria y sus Procesos. Como se mencionó en un principio, la mayor problemática de la corrosión es la destrucción del metal al que afecta. Ahora intentaremos ver un enfoque desde la industria, el sector más afectado por la corrosión, a cerca de los ataques que este proceso causa. Podemos hablar desde fracturas, hasta fugas en tanques, disminución de la resistencia mecánica de las piezas y muchas otras maneras de efectos por los ataques. Aún así, lo peor de todo es que si no son prevenidas estas clases de ataques por corrosión, la seguridad de las personas es algo que se ve permanentemente afectado.

Existen dos clases de pérdidas desde el punto de vista económico.

* DIRECTAS: las pérdidas directas son las que afectan de manera inmediata cuando se produce el ataque. Estas se pueden clasificar en varios tipos también, de las cuales las más importantes son el Coste de las Reparaciones, las Sustituciones de los Equipos Deteriorados y Costes por Medidas Preventivas.

* INDIRECTAS: se consideran todas las derivadas de los fallos debidos a los ataques de corrosión. Las principales son la Detención de la Producción debida a las Fallas y las Responsabilidades por Posibles Accidentes.

En general, los costes producidos por la corrosión oscilan cerca del 4% del P.I.B. de los países industrializados. Muchos de estos gastos podrían evitarse con un mayor y mejor uso de los conocimientos y técnicas que hoy en día están disponibles.

En 1971, se presentó el informe Hoar. Este informe mostraba de qué manera podrían reducirse los gastos de cada país si se utilizaran los conocimientos disponibles de una mejor manera.

Materiales

-1 sacapuntas de plástico.

-1 sacapuntas metálico.

-2 vasos con agua.

-2 cucharadas de sal.

Procedimiento

Sumerge un sacapuntas en cada vaso y en cada vaso introduce una cucharada de sal, es muy sencillo.

Observaciones

A los pocos segundos, en el sacapuntas metálico, observarás un desprendimiento de burbujas. Pasados unos minutos sácalos del agua salada, sécalos y observa el estado en que han quedado tanto el metal como la hoja de acero. Vuelve a introducir los dos sacapuntas en el agua salada, déjalos sumergidos un par de días y observa lo que ocurre.

Explicación

Algunas marcas de sacapuntas añaden el metal magnesio para la construcción del soporte (metálico), mientras que la hoja de corte es de acero al igual que en todos los sacapuntas. Cuando sumerges el sacapuntas en el agua salada, el gas que se desprende es hidrógeno formado por la reacción entre el magnesio y el agua. El metal magnesio se oxida, pero no se oxida el acero de la hoja de corte. El magnesio ha actuado de protector del acero. En el otro sacapuntas, el de plástico, la cuchilla no tiene protección. Con éste experimento podrás darte cuenta de cómo se usan metales "de sacrificio" para evitar la corrosión de las estructuras de acero que están en contacto con agua salada o en ambientes que favorecen la oxidación del hierro.

Conclusión

Si dejamos un trozo de hierro a la intemperie, este se cubre de herrumbre y decidimos que se ha oxidado. La oxidación se produce porque el oxígeno del aire reacciona con el metal, y en presencia de la humedad, la corrosión ocurre más rápido. Al producto que genera se le conoce como herrumbre. Espero que el experimento les aclare alguna duda.

Referencias

Ciencias tres, Mayrna Carrillo Chávez, Gisela Hernández Millán, Norma Mónica López Villa, Elizabeth Nieto Calleja, pagina 236.

Sitio Buenas tareas

http://www.nervion.com.mx/web/conocimientos/tipos_corrosion.php

http://www.google.com.mx/imgres?num=10&hl=es-419&tbo=d&biw=1024&bih=499&tbm=isch&tbnid=5itW7uN4yTGbjM:&imgrefurl=http://www.proyectosalonhogar.com/Quimica/La_oxidacion.htm&docid=oY3YhYaexE862M&imgurl=http://www.proyectosalonhogar.com/Quimica/Oxidacion.jpg&w=360&h=270&ei=2WIAUdG8DKfB2QWs5oC4CA&zoom

http://www.google.com.mx/imgres?num=10&hl=es-419&tbo=d&biw=1024&bih=499&tbm=isch&tbnid=DdavUg2TBpyoiM:&imgrefurl=http://tverdugoprocesosmecanicos.blogspot.com/&docid=xtiP29HtNXislM&imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gzv7zTKHT_o/SkPiuVQkHXI/AAAAAAAAAFY/pm17WHDIWU4/s400/oxidacion.jpg&w=400&h=267&ei=2WIAUdG8DKfB2QWs5oC4CA&zoom=1&iact=hc&vpx=564&vpy=188&dur=1175&hovh=183&hovw=275&tx=112&ty=72&sig=110218487676443421271&page=1&tbnh=140&tbnw=202&start=0&ndsp=10&ved=1t:429,r:3,s:0,i:90

http://estu-diaquimica.blogspot.mx/2012/04/experimento-de-corrosion.html

Autor:

Orlando Lezama