CORROSION ELECTROQUIMICA

La electroquímica es la rama de la química que estudia la transformación entre la energíaEléctrica y la energía química. (Raymond Chang, 2010)

1. Celdas galvánicas

Para poder entender la corrosión electroquímica en el acero, es necesario conocer las celdas galvánicas, pues estas son la base de la corrosión.

Una celda galvánica o voltaica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea (Raymond Chang, 2010).

La celda galvánica está formada principalmente por:

Dos semi-celdas donde, en cada una de ellas se encuentra un electrodo. En una celda galvánica, el ánodo es, por definición, el electrodo en el que se lleva a cabo la oxidación, y el cátodo es el electrodo donde se efectúa la reducción (Raymond Chang, 2010). También es necesario para el funcionamiento de la celda galvánica de un alambre conductor y de un puente salino

Para entender el funcionamiento de la celda galvaniza trabajaremos con el ejemplo mostrado en la figura N°1.

Figura n°1: Celda galvánica

Fuente: Raymond Chang, Quimica pág.839

Ecuación 1 Ecuación 2Ecuación 3

El funcionamiento de la celda consiste en una reacción redox sin contacto físico, con paso de electrones a través del alambre conductor, debido a que en este caso el Cu, es el metal con mayor potencial de reducción (potencial de reducción es la propiedad de los materiales para atraer electrones), el Cu arrastra a los electrones del Zinc, produciéndose la oxidación del zinc mostrada en la primera ecuación 1 de la figura N°1. Posteriormente el Cu2+ reacciona con los electrones, produciéndose la reducción de este (ecuación 2). Finalmente la reacción neta se denota en la ecuación 3 de la figura N°1.

Otro aspecto a tener en cuenta es que la semicelda donde se encuentra el cátodo puede polarizarse negativamente, mientras que la otra semicelda se polarice positivamente, quedando detenido el proceso, es por eso que se usa un puente salino, el cual contiene electrolitos (sustancias iónicas capaces de conducir electricidad), de tal manera que este proporcione electrones en la semicelda donde ocurre la oxidación y protones en la semicelda donde ocurre la reducción, manteniendo de esta manera el equilibrio en el sistema, la celda galvánica dejara de funcionar cuando cualquier de los tres elementos primordiales falle, sea el ánodo, cátodo o el puente salino, mayormente esta celda deja de funcionar cuando se ha oxidado totalmente el ánodo. Un proceso similar al descrito anteriormente ocurre con el acero y el agua.

2. Proceso de CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA

La corrosión es el término que suele aplicarse al deterioro de los metales por un proceso electroquímico (Raymond Chang, 2010). A la corrosión también se le conoce con el nombre de corrosión electroquímica, que es el nombre completo de proceso.

La corrosión más frecuente siempre es de naturaleza electroquímica y resulta de la formación sobre la superficie metálica de multitud de zonas anódicas y catódicas; el electrolito es, en caso de no estar sumergido o enterrado el metal, el agua condensada de la atmósfera, para lo que la humedad relativa deberá ser del 70%. (Ávila Mendoza, 1983)

Un trozo de hierro puro fuera del alojamiento cerrado donde se encuentra, se expone a la humedad y se oxida rápidamente. Lo hará de forma más rápida si la humedad es por agua salada. La velocidad de corrosión se ve reforzada por un proceso electroquímico en el que una gota de agua se convierte en una célula voltaica en contacto con el metal, oxidando el hierro.(Nave, 2008)

A continuación se explica detalladamente el proceso de corrosión en el acero a causa del agua (figura N°2), (Nave, 2008) describe al proceso de la siguiente manera:

Considerando el dibujo de una gota de agua, el hierro oxidante suministra electrones en el borde de la gota para reducir el oxígeno del aire. La superficie de hierro dentro de la gota actúa como el ánodo del proceso.

Fe(s) -> + Fe2+(aq) + 2e-

Los electrones pueden moverse a través del hierro metálico hacia la parte exterior de la gota, donde

O2(g) + 2H2O(l) + 4e- -> 4OH-(aq)

Dentro de la gota, los iones de hidróxido se pueden mover hacia el interior para reaccionar con los iones de hierro (II) que se mueven desde la región de oxidación. Se precipita hidróxido de hierro (II).

Fe2+(aq) + 2OH-(aq) -> Fe(OH)2(s)

Luego se produce rápidamente la corrosión, por la oxidación del precipitado.

4Fe(OH)2(s) + O2(g) -> 2Fe2O3 •H2O(s) + 2H2O(l)

La oxidación del hierro sin protección en presencia de aire y agua es entonces inevitable, ya que es impulsada por un proceso electroquímico. Sin embargo, otros procesos electroquímicos pueden ofrecer cierta protección contra la corrosión. Las barras de magnesio pueden ser utilizadas para proteger las tuberías subterráneas de acero, por un proceso llamado protección catódica.

3. FUNDAMENTOS DE LA PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSION

Figura n°1: Proceso de corrosión del acero

Fuente: Nave olmo, La corrosión como proceso electroquímico pag.1

La corrosión electroquímica del acero se llevara a cabo siempre y cuando exista una celda galvánica, cuando uno de los tres elementos fundamentales de esta (ánodo, catado y puente salino), deje de funcionar, entonces se deprenda el accionar de la celda galvánica, es decir se detendrá la corrosión.

La protección contra la corrosión del acero está basada en hacer inoperante cualquiera de los tres elementos fundamentales de la celda galvánica, actualmente se suele eliminar todos los ánodos de la superficie del acero, haciéndola catódica y este proceso se le conoce como protección catódica, existen 3 tipos de protección catódica,

El procedimiento que elimina todos los ánodos de la superficie metálica haciéndola toda catódica, se conoce con el nombre de protección catódica, esta puede ser con ánodos galvánicos o de sacrificio y protección catódica con corriente impresa, también existe protección con recubrimientos, para el caso de acero usado en concreto armado se una la protección contra la corrosión usando recubrimientos.

4. Recubrimiento con metales más electronegativos. La protección se realiza por el principio de protección anódica (Valencia, 2009), este recubrimiento consiste en sacrificar el recubrimiento del acero frente a la acción del agua, como el recubrimiento es más electronegativo, entonces su potencial de reducción es menor, por lo tanto el acero atraerá los electrones del metal de recubrimiento y este a su vez se ira oxidando mientras que el acero se irá reduciendo. El metal que se usa para recubrir el acero es el zinc, y a este acero recubierto con zinc se le llama con el nombre de acero galvanizado.

El acero galvanizado recién expuesto reacciona con la atmósfera circundante y forma una serie de productos de corrosión del zinc. En presencia de aire, el zinc que apenas se ha expuesto se combina con el oxígeno y forma una capa muy delgada de óxido de zinc. Si hay humedad, el zinc reacciona con el agua, lo que ocasiona que se forme hidróxido de zinc. El producto final de la corrosión es el carbonato de zinc, que se forma cuando el hidróxido de zinc reacciona con el dióxido de carbono del aire. El carbonato de zinc forma una capa delgada, tenaz y estable (insoluble en agua) que protege al zinc subyacente y es la principal razón por la que éste tiene una baja velocidad de corrosión en la mayoría de las condiciones ambientales

El segundo mecanismo de protección que ofrece el zinc proviene de la capacidad que tiene para proteger al acero galvánicamente. Cuando el acero de base queda expuesto, como sucede cuando hay un borde cortado o un rayón, el acero queda catódicamente protegido por la corrosión de sacrificio que tenga un revestimiento con zinc. Esto sucede porque el zinc es más electronegativo (más reactivo) que el acero, en la serie galvánica.

En la práctica, esto significa que a los revestimientos con zinc no los minará el acero con herrumbre porque el acero que está adyacente al revestimiento no se puede corroer. Cualquier exposición que tenga el acero subyacente, ya sea debida a que el revestimiento se dañe severamente o a un borde cortado, no provocará que el acero se corroa sino hasta que el revestimiento metálico adyacente se haya consumido. Mientras no se expongan superficies de acero relativamente grandes, el efecto que se tenga en toda la vida útil del revestimiento será mínimo.