En los pueblos costeros es fácil ver que las bisagras de los portones o las cadenas de las bicicletas adquieren un tono especialmente rojizo. Incluso en una silla de hierro recién comprada empiezan a extenderse manchas marrones por la superficie después de que le llueva encima unas cuantas veces. Este fenómeno, en el que un metal aparentemente sólido se transforma lentamente en otra sustancia al entrar en contacto con el aire y el agua, es la «corrosión (Corrosion)».
En pocas palabras, la corrosión es «el proceso por el cual un metal reacciona químicamente con su entorno, pierde sus propiedades originales y se deteriora». Lo que solemos llamar herrumbre es el producto de la corrosión del hierro. Otros metales, como el cobre o el aluminio, también se corroen, cada uno a su manera.
En este artículo veremos, por orden, cómo se oxida el hierro, qué problemas surgen cuando entran en contacto metales distintos, algunos casos históricos y los métodos para prevenir la corrosión.
Cómo se corroen los metales y cómo evitarlo
¿Qué es la corrosión?
La formación de herrumbre en el hierro es una reacción de oxidación-reducción en la que se transfieren electrones. El hierro cede electrones y se oxida, mientras que el oxígeno del aire los acepta y se reduce. La sustancia marrón rojiza que se forma es óxido de hierro hidratado (Fe2O3·nH2O), lo que conocemos como herrumbre.
(1) Se necesitan agua y oxígeno a la vez
El hierro apenas se oxida cuando solo hay agua pura o solo hay oxígeno seco. La reacción se intensifica cuando hay agua y oxígeno a la vez, y el agua abre una vía para el desplazamiento de los electrones.
(2) La sal acelera la reacción
El agua que contiene iones cloruro, como el agua de mar o el agua mezclada con el cloruro de calcio que se esparce por las carreteras en invierno, conduce bien la electricidad y acelera mucho la corrosión. Por eso las estructuras de hierro en la costa y los bajos de los automóviles en zonas donde nieva mucho se oxidan especialmente rápido.
(3) La herrumbre no puede protegerse por sí sola
La herrumbre ocupa más volumen que el hierro del que procede, así que se abulta y se desprende con facilidad. Al desprenderse, deja al descubierto hierro nuevo, por lo que la corrosión sigue penetrando hacia el interior.
(4) Cada metal se corroe de manera distinta
El aluminio reacciona más fácilmente con el oxígeno que el hierro, pero en su superficie se forma una capa fina y compacta de óxido de aluminio de unos 10 nanómetros que protege el interior. Este fenómeno, por el que el metal forma su propia capa protectora, se llama «pasivación (Passivation)» y es la principal diferencia con el hierro, cuya herrumbre se desprende con facilidad.
Cuando entran en contacto metales distintos
Cuando dos metales distintos en contacto quedan sumergidos en un electrolito como el agua de mar, el que cede electrones con mayor facilidad se corroe mucho más rápido. Esto se llama «corrosión galvánica (Galvanic Corrosion)».
- El metal anódico (Anode) es el que pierde electrones y se va disolviendo, como ocurre con metales muy reactivos como el zinc o el hierro.
- El metal catódico (Cathode) es el que recibe electrones. Los metales menos reactivos, como el cobre, quedan protegidos en el proceso.
- El electrolito (Electrolyte) es el medio por el que se desplazan los iones entre ambos metales. Cuanto mayor es la salinidad, más rápida es la reacción.
La corrosión galvánica también es frecuente en la vida cotidiana. Al colocar tornillos de hierro en un marco de aluminio o unir directamente una tubería de cobre con una de hierro, la zona de contacto es la primera en deteriorarse. Por eso, quienes diseñan estas uniones interponen un material aislante, como goma o plástico, entre los metales distintos para interrumpir el paso de los electrones.
Casos de corrosión en la historia
La corrosión lleva mucho tiempo causando problemas en barcos y construcciones, y a raíz de estos problemas se han hecho varios descubrimientos importantes.
[Caso 1] Los clavos de hierro que se deshicieron
En 1761, la Marina británica recubrió con planchas de cobre el casco de madera de la fragata Alarm (HMS Alarm). Al regresar de un viaje a las Indias Occidentales, las planchas de cobre estaban intactas, pero los clavos de hierro que las sujetaban se habían deshecho hasta quedar como una pasta de herrumbre. En 1763, la Marina concluyó que el hierro y el cobre no debían estar en contacto directo en el agua de mar.
[Caso 2] La Estatua de la Libertad
Cuando se erigió, la Estatua de la Libertad tenía el tono rojizo del cobre, pero empezó a volverse verde a principios de la década de 1900. Esta pátina verde recubre la superficie del cobre e impide que la corrosión penetre más. Por otro lado, una inspección en la década de 1980 reveló que la capa aislante entre el revestimiento de cobre y el armazón de hierro se había deteriorado y que el armazón se había oxidado, por lo que se llevaron a cabo amplias obras de restauración.
Cuatro métodos para prevenir la corrosión
Aunque la corrosión es una reacción natural inevitable, su avance se puede ralentizar considerablemente.
(1) Aplicar una capa protectora
Se cubre la superficie del metal con pintura, aceite o un recubrimiento plástico para impedir que el agua y el oxígeno entren en contacto con ella.
(2) Recubrir el hierro con zinc
Recubrir el hierro con zinc se conoce como «galvanización (Galvanization)». Incluso si la superficie se raya y el hierro queda al descubierto, el zinc se oxida primero y sigue protegiéndolo.
(3) Fijar un metal que se corroa en su lugar
Al fijar bloques de zinc, aluminio o magnesio a la parte inferior del casco de un barco o a una estructura marina, el metal de los bloques se corroe en su lugar. A estos bloques se les llama «ánodos de sacrificio (Sacrificial Anode)». En 1824, Humphry Davy presentó este principio ante la Real Sociedad de Londres y lo puso a prueba fijando bloques de hierro a las planchas exteriores de cobre de buques de guerra. La corrosión del cobre disminuyó considerablemente, pero se adhirieron más organismos marinos y la Marina de la época dejó de usar este método.
(4) Usar aleaciones que se protejan por sí solas
El acero inoxidable con un contenido de cromo de al menos el 10.5 % forma en su superficie una capa muy fina de óxido de cromo que impide la corrosión. Si la capa se raya, vuelve a formarse al entrar en contacto con el oxígeno.
La corrosión es la tendencia natural de los metales a volver a su estado estable original. Las estructuras metálicas que sostienen nuestra vida cotidiana, como los puentes, las tuberías, los automóviles y los barcos, están expuestas continuamente a este proceso. Según un informe que la Administración Federal de Carreteras de Estados Unidos (Federal Highway Administration) publicó en 2002, solo los costos directos de la corrosión en Estados Unidos durante 1998 ascendieron a unos 2,760 cientos de millones de dólares, lo que equivalía al 3.1 % del producto interno bruto de entonces.
Comprender cómo se forma la herrumbre y detectar y tratar a tiempo las manchas pequeñas es el primer paso para aplicar la química en la vida cotidiana y proteger los metales durante mucho tiempo.
