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