Los electrones libres son el resultado del tipo de enlace que existe
entre los átomos de los metales, haciendo que sean, en mayor o menor
medida, conductores de la electricidad y por tanto generadores de
procesos corrosivos cuando dos metales de diferente potencial
electroquímico se ponen en contacto, debido a la migración de electrones
que se genera desde uno hacia el otro debido a la diferencia de
potencial entre ellos, desintegrándose el más débil. Este es un tema de
formación académica de los futuros ingenieros y químicos especialistas
en control de calidad que imparten universidades y escuelas de
ingeniería de todo el mundo, tal como es el caso de la Universidad
Politécnica de Valencia. Sin entrar en los procesos de prevención
mediante recubrimientos, un ejemplo de la teoría formativa impartida es
la que ofrece en su temario, expuesto resumido a continuación.
Cada metal tiene un cierto número de electrones libres, de tal forma que
el metal es eléctricamente neutro (número de electrones libres = número
de átomos metálicos cargados positivamente). Cuando dos metales
distintos se ponen en contacto entre sí, se genera un desbalance en el
número de electrones libres.
Ambos metales tienen un cierto número de electrones libres, de manera
que cuando se ponen en contacto, existe un flujo de electrones entre
ellos.
Debido a este flujo, el hierro queda con menos electrones de los que
tenía inicialmente, mientras que el cobre adquiere más electrones.
Esto genera una carga eléctrica positiva en el hierro y negativa en el
cobre.
Este fenómeno se conoce como acople galvánico.
Si bajo estas condiciones, el hierro y el cobre se ponen en contacto con
un líquido, se genera el fenómeno de corrosión galvánica.
El proceso de corrosión galvánica se da de la siguiente manera:
Si los dos metales se unen mediante un alambre para generar contacto
entre ambos, los electrones de los Iones Fe+, y los iones Cu+2 viajan
del hierro hacia el cobre a través del alambre.
El hierro adquiere carga positiva, mientras que el cobre adquiere carga
negativa debido al exceso de electrones. Estas cargas eléctricas están
en equilibrio entre sí.
Los iones Cu+2 que están disueltos en el líquido, están en contacto con
los electrones libres que están en exceso sobre la superficie del cobre.
Cuando un ion Cu+2 se acerca a dos electrones libres, se da la reacción:
Cu+2+ 2e-→Cu
El cobre metálico que se genera a partir de esta reacción, queda
depositado en la superficie del cobre original.
El número de electrones libres en la superficie del cobre se reduce. La
reacción continúa hasta que los electrones en el cobre se acaban.
Los iones cobre en solución (Cu+2) se depositan en la superficie del
cobre metálico hasta que se agotan los electrones libres. Sin embargo,
como el cobre permanece en contacto eléctrico con el hierro, busca la
forma de obtener más electrones libres para poder obtener de nuevo su
carga negativa de equilibrio.
La única forma de obtener más electrones del hierro, es por medio del
siguiente proceso:
Un átomo de hierro sobre la superficie, sigue la siguiente reacción:
Fe →Fe+2+2e-
Esto produce dos electrones libres capaces de viajar hacia el cobre, y
un ion Fe+2. Este ion sale del hierro metálico y se disuelve en el
líquido que lo rodea. El hierro metálico comienza a deshacerse.
El cobre consume electrones, mientras que el hierro genera electrones a
costa de su desintegración. A este proceso se le llama corrosión
galvánica, y resulta en la desintegración de uno de los metales en
contacto. La corrosión galvánica continúa hasta que alguno de los
siguientes factores la detiene:
1. Se elimina el contacto eléctrico entre los metales. Aun cuando
existan iones Cu+2 en el lado del cobre que estén consumiendo
electrones, si no hay un camino para transportar los electrones entre
los dos metales, no se da la desintegración del hierro.
2. Se elimina el líquido en contacto con los metales. Aun cuando exista
contacto eléctrico entre ellos, si no hay un líquido que lleve los iones
Cu+2 cerca de la superficie del cobre, y que también disuelva los iones
Fe+2 generados en el hierro, no podrá haber corrosión galvánica.
Para que se dé la corrosión galvánica, debe existir contacto eléctrico
entre los metales, y al mismo tiempo, los metales deben estar en
contacto con un líquido.
Muchas veces, para que exista corrosión galvánica no se requiere de dos
metales en contacto. Por ejemplo, las tuberías metálicas para
transportar agua potable, pueden formar un acople galvánico con algunos
iones disueltos en el suelo. Estos iones consumen los electrones
libres de la tubería, generando la desintegración de ésta con el objeto
de restaurar el equilibrio en las cargas galvanizadas se pudren después
de algunos años de estar enterradas.
Los minerales disueltos en el suelo, combinados con la humedad del
mismo, pueden consumir los electrones libres que posee el hierro de
la tubería, alterando el equilibrio de su carga eléctrica. Para intentar
restaurar ese equilibrio, la tubería comenzará a generar más electrones
libres por medio de la desintegración del hierro metálico.
Fe → Fe+2 + 2e-
No siempre el hierro será el que se deshaga cuando se ponga en contacto
con otro metal en un medio húmedo. Para poder predecir cuál metal se
corroe, y cuál no, se utiliza la serie galvánica.
Serie galvánica:
Platino
Inertes
Oro
Grafito
Titanio
Plata
Acero inoxidable (pasivo)
Níquel (pasivo)
Bronce
Activos
Cobre
Níquel (activo)
Plomo
Acero inoxidable (activo)
Hierro gris
Hierro y acero
Aluminio
Zinc
Magnesio
Cuando dos metales se ponen en contacto entre sí, se corre aquel que
está más abajo en la serie galvánica (activos), mientras que el metal
que está más arriba no se corroe.
Según esta serie, al colocar en contacto hierro, cobre y un líquido, en
condiciones naturales se corroe el hierro, mientras que el cobre queda
inerte En el laboratorio, se alteró este equilibrio natural colocando
una batería de 1.5 v entre los metales, con los siguientes resultados:
La batería extrae electrones del cobre y los envía al hierro.
El cobre recupera los electrones perdidos oxidándose.
Cu →Cu+2+2-
El cobre se corroe mientras que el hierro queda inerte.
La batería extrae electrones del hierro y los envía al cobre.
El hierro intenta recuperar los electrones perdidos oxidándose.
Fe →Fe+2+ 2e-
Este es el proceso que se da en forma natural cuando los dos metales
están en contacto entre sí sin la ayuda de la batería.
Esto permite crear algunos métodos para prevenir la corrosión galvánica:
Empleo de electrodos de sacrificio.
Si se conecta un metal más activo a la tubería de acero (como por
ejemplo el magnesio), se formará un acople galvánico en donde el
magnesio se corroe, pero el acero queda intacto, ya que los iones
presentes en el suelo prefieren reaccionar con el magnesio en vez del
acero. Cada cierto tiempo se debe reemplazar el electrodo de magnesio,
a fin de proteger la tubería de acero. Este método se ha utilizado para
proteger el casco de los barcos contra la corrosión galvánica.
Empleo de baterías o fuentes de electrones.
Se puede utilizar una corriente eléctrica para proteger a uno de los
metales. En algunas aplicaciones, es incómodo utilizar baterías (ya que
deben reemplazarse cada cierto tiempo), por lo que puede tomarse
electricidad de una línea de distribución cercana, y convertirla en
corriente directa.
El terminal de la batería o del rectificador deberá estar conectado al
metal que desea protegerse.
El proceso de galvanizado utiliza el acople galvánico para prevenir la
corrosión del hierro. El galvanizado consiste en colocar una capa de
zinc sobre la superficie de piezas de hierro. De la serie galvánica se
observa que el zinc es más activo que el hierro, en otras palabras, ante
la presencia de humedad o ambientes corrosivos, el zinc se corroe
manteniendo intacto al hierro.
Debido a la diferencia entre el área de la superficie de zinc y el área
del hierro expuesta, la rapidez con que el recubrimiento de zinc se
corroe es muy lenta, permitiendo la protección de la pieza. Al final de
un cierto tiempo, el recubrimiento de zinc desaparece, dejando al hierro
desprotegido. Por esta razón, la efectividad de un galvanizado depende
del espesor del recubrimiento de zinc aplicado al hierro.
Un ejemplo típico de corrosión galvánica es el que se da en los apliques
metálicos decorativos de los automóviles, los cuales, al estar
fabricados con metales diferentes al de la puerta, se produce un puente
galvánico.
La lluvia aporta el electrolito (el agua) requerido para que se de
corrosión. En este caso, el metal de la puerta es más activo que el del
adorno, por lo que la puerta sufre corrosión.
Fuente: UPV
https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm12/pfcm12_4_2.html
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