Comprender la diferencia entre corrosión, oxidación y herrumbre: Una guía completa

La corrosión, la oxidación y el óxido son procesos relacionados pero distintos. La corrosión es el deterioro gradual de los materiales, especialmente los metales, causado por interacciones químicas con el entorno que los rodea. La oxidación, la corrosión y otras reacciones químicas provocan la decoloración, la deformación o la metamorfosis del material componente. De ahí que las diferencias y relaciones entre corrosión, oxidación y herrumbre sean esenciales.

Ayuda a determinar la conservación de la vida útil de los materiales, a minimizar los efectos económicos adversos y a aumentar la seguridad en diversos campos. Esta comprensión proporciona a las industrias medidas y estrategias para reducir la tasa de degradación de los materiales, aumentando así la durabilidad de los componentes críticos. Esto, a su vez, disminuye los costes de reparación y sustitución. Es esencial regular estos fenómenos para evitar fallos catastróficos que pueden poner en peligro vidas humanas en campos tan necesarios como la construcción y el transporte. Además, este conocimiento crea innovaciones, como el desarrollo de nuevos materiales que no se corroen con facilidad. Ayuda a hacer formaciones de productos mejores y más sostenibles, ya que es un facilitador del cambio.

Definir la corrosión

La corrosión es un tipo de degradación que afecta a materiales como los metales debido a la reacción química entre el material y su entorno, dando lugar a productos antieconómicos, inseguros e insalubres. Esta degradación puede producirse a través de varios pasos. Suele conducir a la formación de óxido, hidróxido o compuestos similares dentro de la sustancia y que abollan/destruyen la construcción original de ese material.

Tipos de corrosión

La corrosión puede producirse de varias formas en función de los ambientes y los materiales en contacto con los agentes corrosivos. Los tipos más comunes incluyen:

1. Corrosión galvánica

Se produce cuando dos metales diferentes se conectan eléctricamente en un ambiente húmedo. El metal anódico se deteriorará a un ritmo más rápido que cuando existe de forma independiente, mientras que el metal catódico lo hará a un ritmo más lento. La diferencia de potencial entre dos metales es crítica en la corrosión galvánica e implica la ecuación de Nernst:

E_Celda=E⁰_cátodo-E⁰_ánodo-(RT/nF) ln([Ox]/[Red] )

E_Celda=potencial celular, E⁰=potenciales de electrodo estándar, R= Constante de gas, T=temperatura, n=número de electrones transferidos, y F es la constante de Faraday.

2. Corrosión por picaduras

La corrosión por picaduras es un tipo de corrosión localizada que crea pequeños agujeros profundos en el material. Es especialmente peligrosa porque puede provocar un fallo rápido del material, incluso con una pérdida global de material mínima. El factor de picaduras es aplicable para evaluar el impacto de la corrosión por picaduras. Cuando el factor de picaduras es mayor, indica que la corrosión por picaduras es grave.

Factor de picadura=(Profundidad de la picadura más profunda)/Pérdida media de espesor debida a la corrosión

3. Corrosión por hendiduras

Este tipo de corrosión implica el desarrollo de células de concentración de oxígeno en fosas, grietas o subdepósitos. En consecuencia, la solución local puede estancarse, provocando una corrosión localizada. La corrosión por hendiduras se produce, por ejemplo, alrededor de la costura de una placa metálica donde el metal se une a una junta o cuando se utilizan pernos y tuercas. La velocidad de corrosión en grietas depende de factores como la concentración de iones cloruro ([Cl^-] y el pH de la solución dentro de la grieta:

Velocidad de corrosión ∝ [Cl^–]e^(-∆G/RT)

En esta ecuación, ΔG es el cambio en la energía libre de Gibbs, R es la constante de los gases, y T es la temperatura.

Materiales susceptibles a la corrosión

La resistencia a la corrosión depende de la composición del material, de su estructura y del entorno en el que se encuentre el material metálico o no metálico. El hierro y el acero son especialmente propensos a oxidarse porque se oxidan con rapidez, sobre todo cuando entran en contacto con la humedad y el oxígeno. Aunque el aluminio desarrolla una capa de óxido pasiva, también experimenta corrosión por picaduras y grietas en condiciones que contienen cloruro. El cobre y sus aleaciones son susceptibles a la corrosión galvánica. Esto es especialmente cierto cuando están en contacto con metales como el aluminio o el acero y abiertos a un medio acuoso. Como miembro del grupo de ánodos útiles en la protección catódica, el zinc actúa como ánodo en los modelos de protección galvánica para corroer mientras preserva el metal real.

Impacto industrial de la corrosión

Los efectos de la corrosión se comparten en toda la cadena de valor industrial, en la mayoría, si no en todas, las industrias que utilizan metales. El impacto de esta amenaza en las economías es que las industrias pierden varios miles de millones de dólares cada año debido a la corrosión. La pérdida incluye el coste de mantenimiento y sustitución de las estructuras que experimentan corrosión, la pérdida de producción debida a la corrosión y otros efectos relacionados. El deterioro de la seguridad, la fiabilidad y la durabilidad son algunos de los impactos de la corrosión. La corrosión puede provocar el fallo repentino de estructuras, transportes y servicios públicos como puentes, tuberías y aviones. La integridad estructural disminuye con la corrosión debido al alto riesgo de fallo repentino.

En lo que respecta al entorno físico, la corrosión conlleva peligros como la liberación de material peligroso de las tuberías y tanques de almacenamiento corroídos y de las estructuras de hormigón armado en las obras de ingeniería civil. Este efecto tiene peligros subsiguientes para el entorno físico y humano. Para hacer frente a estos retos, los ingenieros utilizan diversos métodos de control de la corrosión. Dichos métodos incluyen una selección de materiales y revestimientos anticorrosivos, aplicaciones de protección catódica e inhibidores de la corrosión, todo lo cual requiere conocimientos sobre la corrosión.

Comprender la oxidación

La oxidación es una reacción química primaria crucial en muchos procesos de la naturaleza y la industria. Fundamentalmente, la oxidación implica donar o compartir electrones con otras especies, donde existe una tendencia general a perder electrones por parte de una sustancia, a menudo un metal, y a ganar electrones de otras sustancias, normalmente el oxígeno.

La oxidación es un proceso químico general que puede producirse independientemente de la corrosión. Aunque puede provocar corrosión en los metales, la oxidación no siempre es perjudicial y puede ser beneficiosa, como en la formación de capas protectoras de óxido en metales como el aluminio.

Reacción química Proceso de oxidación

La oxidación es un proceso químico en el que un átomo o molécula pierde uno o varios electrones. Este proceso suele implicar una reducción por la que otra sustancia toma los electrones liberados o perdidos por el material oxidado. Ambos procesos son reacciones redox (reducción-oxidación). La siguiente ecuación puede representar la forma general de una reacción de oxidación:

M→Mⁿ⁺+ne^–

Dónde M es el metal o la sustancia que sufre la oxidación. Mⁿ⁺ es la forma oxidada de la sustancia (un catión en el caso de los metales).n representa el número de electrones perdidos. Por ejemplo, en la oxidación del hierro, la reacción es:

Fe→Fe²⁺+2e^–

El oxígeno suele ser el agente oxidante en la mayoría de los procesos de oxidación. Esto implica que es el que gana los electrones que pierde el metal o cualquier otra sustancia. Esto puede dar lugar a la formación de óxidos, tales como

4Fe+3O₂→2Fe₂O₃

En esta ecuación, el hierro (Fe) reacciona con el oxígeno (O₂) para formar óxido de hierro (Fe₂O₃), que es el óxido.

Ejemplos comunes de oxidación en la vida cotidiana

La oxidación es un proceso omnipresente que se produce en muchas situaciones cotidianas, a menudo con efectos notables:

Oxidación del hierro y el acero:

Cuando el hierro o el acero se exponen al oxígeno y la humedad, reaccionan formando una sustancia de color marrón rojizo llamada óxido, que está compuesta principalmente por óxido de hierro. Se trata de un caso típico de oxidación que conduce a la destrucción de elementos metálicos como herramientas, vehículos y estructuras.

Deslustre de la plata:

Los cubiertos y adornos de plata son otros productos que pueden oxidarse. Esto se debe a que, al exponerse al aire, la plata reacciona con los compuestos de azufre, dando lugar a la formación de sulfuro de plata, que es negro y se adhiere a la superficie del metal.

2Ag+H₂S→Ag₂S+H₂

Diferencia entre oxidación y corrosión

Es crucial diferenciar entre oxidación y corrosión, aunque suelen ser intercambiables. La oxidación es un tipo de reacción química en la que un compuesto pierde electrones y, con frecuencia, se produce en presencia de oxígeno. Puede ocurrir tanto en compuestos orgánicos como inorgánicos. Es un proceso más amplio que puede ser útil, por ejemplo, en el proceso de combustión que conduce a la obtención de energía o en la formación de capas de óxido en algunos metales como el aluminio.

Por otro lado, la corrosión es la degradación de un material, especialmente los metales, por acción química con el medio circundante. Es importante señalar que, si bien la oxidación es un tipo de corrosión, por ejemplo, la oxidación del hierro, existen otros tipos de corrosión, como los efectos de los ácidos, las bases, la humedad y las sales. Además, la corrosión está relacionada con implicaciones indeseables como fallos del material, pérdidas y peligros potenciales. El conocimiento de la oxidación y la corrosión es crucial en diversas áreas de aplicación, ya que ayuda a idear formas de mitigar el deterioro de los materiales.

Diferencias clave y efectos de la oxidación y la corrosión

Aunque la oxidación y la corrosión están relacionadas, son dos procesos diferentes con efectos distintos sobre los materiales. La oxidación es un proceso químico en el que una sustancia pierde electrones, en el que suele intervenir el oxígeno, y puede producirse tanto en materiales orgánicos como inorgánicos. Es un procedimiento más amplio que puede ser constructivo, como en los procesos de ignición durante la combustión o la formación de una capa de óxido en metales como el aluminio.

Sin embargo, difiere de la corrosión. La corrosión es el deterioro de los materiales, especialmente los metales, por interacción química con su entorno. Dado que la oxidación es una forma de corrosión, como la herrumbre del hierro, la corrosión abarca otros tipos de reacciones, incluidas las que se producen a causa de los ácidos, las bases, la humedad y las sales. Por lo general, la corrosión tiene efectos adversos que provocan el deterioro de los materiales, pérdidas económicas y riesgos para la seguridad y la salud. Es crucial comprender la diferencia entre oxidación y corrosión en muchas áreas de estudio, ya que contribuye a la formulación de métodos eficaces para superar el deterioro de los materiales.

¿Qué es el óxido?

El óxido es un tipo de corrosión que afecta al hierro y a aleaciones afines como el acero. Es un material escamoso de color marrón rojizo que se deposita en la superficie del hierro debido a una reacción química entre el hierro, el oxígeno y la humedad. El óxido es común en muchos usos industriales y cotidianos porque perjudica la resistencia y la estética de los productos a base de hierro.

El proceso de formación del óxido

La formación de óxido es un proceso químico que requiere varios pasos para completarse. El primer paso incluye la formación de óxidos de hierro con la ayuda de agua y oxígeno y la oxidación del hierro. El proceso general es el siguiente:

Reacción de oxidación

El hierro (Fe) pierde electrones y reacciona con el oxígeno (O₂) en presencia de agua (H₂O) para formar iones de hierro(II) (Fe²⁺).

Fe→Fe²⁺+2e^–

Formación de hidróxido de hierro: Los iones Fe²⁺ reaccionan con el agua y el oxígeno para formar hidróxido de hierro(II) (Fe(OH)₂).

Fe²⁺+2H₂O+O₂→Fe(OH)₂

Oxidación del hidróxido de hierro: El hidróxido de hierro(II) se oxida aún más para formar hidróxido de hierro(III) (Fe(OH)₃).

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃

Formación de óxido: El hidróxido de hierro(III) se deshidrata para formar óxido-hidróxido de hierro(III) (FeO(OH)), conocido comúnmente como óxido. El óxido es una mezcla compleja de óxidos e hidróxidos de hierro.

4Fe(OH)₂→Fe₂O₃ .3H₂O

Condiciones que conducen a la oxidación

La formación de óxido y otros factores dependen de algunos factores subyacentes. Estos factores incluyen la disponibilidad de humedad, la exposición al oxígeno y a los electrolitos, las condiciones ambientales, la temperatura y los contaminantes en la superficie.

El agua es esencial para la formación de óxido, ya que es un electrolito. El agua proporciona un entorno para las reacciones de oxidación-reducción necesarias para la oxidación, siendo más peligrosas la humedad elevada o la lluvia directa.

El oxígeno también es un requisito esencial para la formación de óxido. Las zonas con buena aireación o mucho oxígeno, como las estructuras metálicas, los coches y las máquinas, son propensas a oxidarse. La tasa de oxidación puede aumentar con el uso de sales y ácidos que incrementan la actividad electroquímica del metal. Este problema surge por el uso de agua de mar para mejorar la conductividad.

Por ejemplo, un entorno muy ácido acelera la formación de óxido, ya que la oxidación se acelera en condiciones ácidas (pH bajo). Las condiciones alcalinas también favorecen la oxidación, pero con menos vigor que las condiciones ácidas.

La temperatura juega un papel importante, ya que las altas temperaturas aumentan los índices de oxidación al incrementar los índices de las reacciones químicas. Aún así, la oxidación puede producirse a bajas temperaturas si la humedad y el oxígeno están presentes.

Por último, en un sentido químico, la contaminación de la superficie con materiales como la suciedad o el aceite dificulta la eliminación de la humedad del metal, exponiendo así zonas localizadas a la oxidación.

Materiales comúnmente afectados

El hierro, la fundición y el acero aleado son los materiales más típicos a los que afecta la oxidación. El hierro es el más vulnerable a la oxidación, ya que forma una reacción química tanto con el oxígeno como con la humedad allí donde está abierto. El acero al carbono se compone principalmente de hierro, con un pequeño porcentaje de carbono y otros elementos. Aunque también puede oxidarse con facilidad, el carbono y esos elementos de aleación pueden aumentar la velocidad de oxidación o cambiar sus propiedades. Cada tipo de material de hierro es capaz de oxidarse. Sin embargo, el hierro forjado se oxidará más rápido que el acero o el hierro fundido, ya que este último contiene un mayor porcentaje de carbono y formará un óxido más poroso y escamoso.

Los aceros aleados de bajo y medio contenido en carbono ofrecen cierto nivel de protección contra la oxidación, pero son susceptibles de oxidarse en determinadas circunstancias. Los materiales como el cromo y el acero inoxidable son más resistentes debido a la película de óxido pasiva que se forma en su superficie, que dificulta la formación de óxido.

Diferencias clave entre corrosión, oxidación y herrumbre

Conclusión

Conocer las diferencias entre corrosión, oxidación y herrumbre es primordial a la hora de proteger las infraestructuras y la maquinaria del desgaste prematuro. Los materiales innovadores, que incluyen aleaciones de acero inoxidable, aluminio y titanio, revestimientos protectores, sensores inteligentes y materiales autorreparadores, desempeñan un papel fundamental a la hora de abordar estos problemas.

Otros estudios encaminados al avance de la ciencia de la corrosión incluyen el desarrollo de la nanotecnología, la inteligencia artificial en la predicción de la corrosión y los inhibidores ecológicos. Estos materiales son vitales para la mejora de las propiedades de los materiales. Si estas industrias siguen patrocinando y apoyando estas innovaciones, podrán mejorar la protección de la propiedad, minimizar las pérdidas y garantizar la seguridad y la fiabilidad en diversas aplicaciones.