OXÍGENO: EL ENEMIGO INVISIBLE.

OXÍGENO: EL ENEMIGO INVISIBLE.

Imagen 1. Hotel Eurostars Palace, Córdoba[1]

La oxidación es un proceso químico extremadamente cotidiano en nuestras vidas, pero, ¿Cuánto sabemos acerca de de ella? En este artículo daremos las claves para comprenderla y los trucos que usan los científicos para reducir sus efectos, hablaremos de corrosión, estructuras afectadas tan conocidas como la Torre Eiffel, metales "inoxidables", etc.

 

En primer lugar, ¿Qué entendemos por oxidación? 

Todos los materiales de nuestro entorno están formados por átomos, los electrones de estos átomos son los responsables de los fenómenos de oxidación. Cada átomo tiene una cantidad definida de electrones, hablamos de oxidación cuando los átomos que conforman un material pierden electrones a causa de estar en contacto con otro elemento que se los puede sustraer. 

El oxígeno es un elemento capaz de realizar este "robo" de electrones, por eso, estructuras en contacto con el oxígeno y la humedad pueden verse afectadas por la oxidación. [2]

Hay una gran cantidad de estructuras que nos rodean afectadas por este fenómeno, este es el caso del conocido como "hotel oxidado" en Córdoba (Imagen 1.), fabricado con acero corten[3], un tipo de acero específico que se caracteriza por formar una capa de óxido en la superficie que impide que la estructura se siga deteriorando y pierda sus propiedades mecánicas (lo  que conocemos por corrosión). [4] En el caso de que esto ocurra, las consecuencias son de gran importancia social, ya que, por ejemplo, la oxidación de un puente de hierro puede conllevar graves problemas, como su derrumbamiento. 

Esta capa de óxido de la que hablamos, conocida como herrumbre (Imagen 2), son óxidos de hierro que han perdido su estructura ordenada, por este motivo, el hierro se vuelve más frágil cuando se oxida, esto es la consecuencia del contacto del metal con el oxígeno de la atmósfera (junto a otros factores que explicaremos más adelante). 

 Imagen 2. Herrumbre en una farola metálica[5]

¿Qué favorece la oxidación de un metal?

Realmente, la oxidación, aunque sea un proceso muy lento, es completamente inevitable, se da de forma natural y el ambiente en el que nos encontremos influirá en la velocidad en la que esto sucede. Por ejemplo, es mucho más rápido en una zona costera, donde la salinidad y humedad del ambiente es mucho mayor, que en una ciudad de interior, donde el clima es muy seco. Otro factor que afecta a la oxidación es la temperatura. [6]

¿Cómo ha hecho la humanidad para luchar contra la corrosión? 

Siendo el hierro uno de los metales conocidos desde más antiguo y más utilizados en nuestra historia, preservar sus propiedades durante más tiempo es algo en lo que el ser humano ha invertido gran esfuerzo. Para conseguirlo, existen varios métodos que pueden sernos útiles, generalmente se recubre el metal de una capa de pintura, aceite o grasa. Un buen ejemplo para mostrar la importancia de este proceso es el caso de la Torre Eiffel, construida con hierro, que cada 7 años se pinta para evitar que se oxide. Se invierte gran esfuerzo en esto, tardando entre 18 meses y 3 años en pintarla por completo y ¡gastando hasta 60 toneladas de pintura! Una reparación que cuesta sobre 60 millones de euros al gobierno francés. A día de hoy este monumento está muy afectado, ya muestra grietas, por lo que se planea pintarla una vez más en el año 2024 (por vigésima vez en su historia). [7]

De haber elegido una mejor aleación que no se oxidase de esta forma, Francia se evitaría su constante reparación, trop tard.

Imagen 3. Torre Eiffel, París, Francia. [8]

A veces esta solución es ineficaz porque las estructuras pueden ser muy grandes o estar sometidas a erosión o rozamientos.

Este es el caso de los barcos, que continuamente están en contacto con agua salada y oxígeno del aire, dos factores que favorecen la oxidación rápida del metal. Se recurre a la protección catódica, que es un método que consiste en atornillar al casco del barco lingotes de otros metales, por ejemplo zinc. A este se le llama metal de sacrificio, y su función es ir aportando al acero los electrones que va perdiendo progresivamente, de manera que el que se acaba deteriorando es el lingote de zinc, que es sustituible, y no el propio barco. [9]

Imagen 4. Metal de sacrificio en la superficie de un barco [9]

Otra forma de luchar contra la corrosión es el descubrimiento de metales a los que le afecta de manera extremadamente lenta, como es el caso del tántalo, que se utiliza en piezas tan importantes como son las prótesis, las cuales no deben oxidarse en el tiempo de vida de la persona que la lleva puesta. [10]

¿Y los metales que se denominan inoxidables? 

Normalmente, los utensilios de cocina están fabricados de acero inoxidable pero, ¿Qué podemos decir de cómo funciona? 

El acero es una aleación (mezcla de, al menos, un metal y otro elemento) de hierro y carbono. Para denominarlo inoxidable, se le añaden pequeñas cantidades de cromo, un metal que al oxidarse, no se degrada, sino que forma una fina capa de óxido inapreciable en la superficie del material, que impide el contacto del oxígeno con el metal que recubre y que la oxidación se siga produciendo hacia el interior del material, evitando su deterioro.[11]

Entonces, ¿Qué podemos sacar en claro de este proceso?

En conclusión, la oxidación es un proceso negativo que debemos evitar ya que las consecuencias, como hemos dicho, pueden llegar a ser desastrosas. Sin embargo, este mecanismo se utiliza comúnmente a nuestro favor en la fabricación de muchos productos (aunque esto da para otro artículo entero), también se han desarrollado materiales como el acero corten del que hemos hablado, que para que cumpla su función es imprescindible que se oxide, llegando incluso a tener fines estéticos, o como el acero inoxidable, que precisamente lo que lo permite denominarse como tal es la capa de óxido de cromo de su superficie.

Ahora que comprendemos en mayor profundidad la naturaleza de los procesos de oxidación de metales, podemos concluir que no debemos luchar contra ella, si no que debemos usarla a nuestro favor.

Referencias de texto.

[2] Kotz, J.C., Treichel, P.M., (2003). Química y reactividad química pp. 826-830.

[3] Oxidación del hotel Eurostars Palace. https://sevilla.abc.es/andalucia/cordoba/20140515/sevi-caja-oxidada-integro-paisaje-201405151305.html (visitado día 16/12/2022)

[4] Dominguez, M.F., García, C., Moral, A., (2004). Formulario técnico de química pp.209-212.

[6] Masterton, W.L., Hurley, C.N, (2003). Química. Principios y reacciones pp. 509-511.

[7] Oxidación de la Torre Eiffel. https://www.toureiffel.paris/es/el-monumento/pintura-torre-eiffel. (visitado día 16/12/2022)

[9] Metales de sacrificio. https://www.nauticadvisor.com/blog/2016/06/22/que-son-y-que-funcion-cumplen-los-anodos-de-sacrificio-en-las-embarcaciones/ (visitado día 16/12/2022)

[10] Prótesis de Tántalo. Zhang, C., Chem, H., Fan, H., Xiong, R.,  Huang, C., Peng, Y., Lin, Y., Wang, F., Duan, X., Yang, L., (2022) Radial head replacement using personalized 3D printed porous tantalum prosthesis. Journal of Materials Research and Technology. 20:3708-3713. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.08.027

[11] Aceros inoxidables. Wang, R.M., Luo, S.Z., Jiang, L.Z., (2014). Cr Release from Stainless Steels. Journal of iron and steel research international.  21(1):131-134. doi: 10.1016/S1006-706X(14)60021-2

Referencias de imágenes.

[1]Imagen 1. Hotel Eurostars Palace, Córdoba. Imagen propia.

[5]Imagen 2. Herrumbre en una farola metálica. Imagen propia.

[8]Imagen 3. Torre Eiffel, París, Francia.https://www.elmundo.es/internacional/2022/07/05/62c41695fc6c83eb708b45b8.html (visitado día 16/12/2022).

[9]Imagen 4. Metal de sacrificio en la superficie de un barco. https://www.nauticadvisor.com/blog/2016/06/22/que-son-y-que-funcion-cumplen-los-anodos-de-sacrificio-en-las-embarcaciones/  (visitado día 16/12/2022).

Autores:

Marina Rodríguez Aranda.
José Manuel Luque López.

Estudiantes de 4ºCurso del grado de Química en la Universidad de Córdoba.