Materiales

Tema 1. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MATERIALES
1.1- Oxidación. Corrosión. Tipos de corrosión. Causas, consecuencias y ensayos en metales.

Uno de los factores que limitan la vida de las piezas metálicas en servicio es el ataque fisicoquímico que sufren por el medio que las rodea. Los dos componentes básicos del aire son el nitrógeno (78%) y el oxigeno (21%) y ambos tienen influencia sobre elmedio. El nitrógeno apenases activo, pero el O2 es el responsable máximo de casi todos los procesos de oxidación y corrosión que se dan en los materiales expuestos a su acción. La acción del O2 no es mucha en estado molecular (con enlaces homopolares). Dependiendo de la forma de actuar, el oxigeno puede hacerlo:
• En ambiente seco y cálido, así se provoca la oxidación. Calor.
• En ambientehúmedo y se origina la corrosión. Humedad.
La lucha contra la corrosión es un problema complejo que origina fallos en las instalaciones ocasionando elevadas cuantías económicas y enormes dificultades porque depende de varios factores y cada caso requiere una solución diferente.
El fenómeno de oxidación viene dado al ceder electrones el elemento que se oxida al elemento oxidante, esto es, diremosque ocurre cuando un átomo inestable pierde un electrón, lo que permite que el átomo forme un compuesto nuevo con otro elemento.
Material + Oxigeno → Oxido de material +Energía
• Si es +, la reacción es exotérmica → formación del oxido.
• Si es -, la reacción es endotérmica → será de difícil oxidación.
Esta reacción global, para la formación del oxido, M + 1/2O2 → MO, puede descomponerseen dos semireacciones:
• Una de oxidación (perdida de electrones): M → M2+ + 2e-
• Una de reducción (ganancia de electrones): 1/2O2 + 2e- → O2-
Básicamente, con lo visto anteriormente, existen dos tipos de reacciones químicas:
1) Aquellas en las cuales reaccionan iones o moléculas sin cambio aparente de la estructura electrónica de las partículas, y
2) Reacciones en las cuales los iones oátomos experimentan cambios de estructura electrónica.
En el segundo tipo de reacción puede haber transferencia real de electrones de una partícula a otra o la forma en que se compartan los electrones puede modificarse. Este último tipo de reacción que involucra cambios electrónicos se llama reacción de oxidación-reducción.
El elemento oxidante por excelencia es el O2, aunque también laprovocan el Cl2, S2, H2, Br2, SO2, SO3, CO y CO2. Existían muchos ejemplos conocidos de esto. El hierro se enmohece y el carbón arde. En el enmohecimiento, el oxigeno se combina lentamente con el hierro formando óxido ferroso (Fe2O3); en la combustión, se combina rápidamente con el carbón para formar CO2.
La observación de estas reacciones originó los términos oxidación “lenta” y "rápida”. La oxidaciónse definió como el proceso mediante el cual hay pérdida aparente de electrones de un átomo o ion.
Existen algunos metales, especialmente resistentes a la oxidación como níquel, cromo, aluminio, cobre, al igual que las aleaciones de las que forman parte, como ejemplo broces o aceros inoxidables.
La oxidación directa, sin intervención de calor, se produce en los metales debido a:
• Que laacción del oxigeno se dará siempre porque está en la atmosfera.
• A menor estabilidad de átomos superficiales de los metales (su enlace es menos energético que en los del interior)
Hasta cierto límite de espesor y temperatura, la capa de óxido puede servir de protección e impedir que esta siga avanzando. Pero al elevar la temperatura se puede agrietar la capa de oxido y así avanzar al interior.Es decir, una vez que se ha formado la capa de oxido esta protege el material porque, para que progrese será necesario una de estas condiciones:
1. Que M2+ junto con los dos electrones atraviesen la capa de oxido por difusión en busca del oxigeno (difusión catódica).
2. Que los electrones atraviesen la capa de oxido y después de producida la reducción, los iones de O2- atraviesen de nuevo...