Corrosion del hierro

Presentación de química: Corrosión del hierro

Buenos días compañeros y profesor, hoy nos tocó hablar sobre la corrosión del hierro. En esta presentación expondremos en qué consiste este proceso químico y el desarrollo de este, junto con sus ventajas y desventajas tanto en términos experimentales como económicos, además de su relación con lo visto en clases: las reacciones redox.

        Primero me gustaría aclarar en qué consiste el proceso de corrosión, pues hoy en día este proceso se hace más presente, destruyendo y deteriorando parte de nuestras construcciones metálicas y generando grandes gastos económicos para mantenerlas en buen estado. La corrosión es un proceso espontáneo de destrucción que experimentan los metales en contacto con el medio ambiente, convirtiéndose en óxidos, lo que produce un gradual deterioro de ellos. La corrosión de los metales, es un proceso permanente debido a que ellos están siempre en contacto con los agentes que lo provocan, como son el agua, el oxígeno del aire y en estos últimos años la lluvia ácida; también en las zonas costeras, el problema se intensifica debido al ambiente salino. La forma de corrosión más común y destructiva desde el punto de vista económico es la oxidación del hierro, pues además de ser uno de los metales que se corroen más rápidamente, en el mundo se gastan millones de dólares en energía y recursos, para producir, proteger y reponer este material, principalmente en el área de las construcciones (el material más usado es El Hierro); además, la industria a desarrollado productos para evitar o disminuir esta corrosión, como pinturas anticorrosivas o estructuras de hierro galvanizadas.

        A diferencia del hierro, otros metales como el cobre o la plata, sufren el proceso más lentamente, u otros como el oro y el platino, metales preciosos, que no se corroen y “brillan” siempre.

Ahora en palabras más científicas, el proceso de corrosión de los metales y particularmente del hierro, es un proceso electroquímico debido a que sobre la pieza de metal que se corroe existen zonas anódicas y catódicas, en las cuales el hierro se oxida con el oxígeno del aire en presencia de humedad, para dar un producto que carece de las propiedades del hierro original, como lo es el óxido de hierro hidratado, el cual es de color rojizo y que comúnmente conocemos como herrumbre. El hierro posee un potencial estándar de reducción de -0,44 V, lo que indica que este se oxida en contacto con elementos que posean un potencial superior a este valor.

Todo este proceso consiste de dos etapas principalmente. La primera es de la oxidación del hierro metálico a Fe (II), que permanece en disolución, donde interviene agua de la atmósfera. En la segunda etapa se produce la oxidación del hierro (II) a hierro (III) y la formación de óxido de hierro (III).

A continuación mi compañera Celeste les explicará con mayor detalle cómo ocurren estos procesos.

Ahora explicaré la relación que tiene el proceso de corrosión del hierro con las reacciones redox. Cómo ya sabrán una reacción redox es un tipo de reacción química en donde se transfieren electrones entre dos especies. Se dice que hay una transferencia de electrones cuando hay un cambio en el número de oxidación entre los reactivos y los productos. Y en este caso la corrosión del hierro corresponde a la oxidación de éste, en presencia de agua y oxígeno atmosféricos. Este proceso ocurre en dos etapas que expondré a continuación:

Etapa 1: Oxidación del hierro metálico a hierro (II)

Lo que sucede en esta etapa es que se da un proceso análogo al de una pila galvánica. La superficie del hierro funciona como ánodo, por lo que aquí tiene lugar la oxidación y el Fe metálico pasa a Fe(II), según la semirreacción:

Fe –> Fe2+ + 2e

Una región contigua de la superficie del metal funciona como cátodo, y en él se produce la reducción del oxígeno atmosférico a agua, según la semirreacción:

1/2 O2 (g) + 2H+(ac) + 2e –> H2O (l)

La reacción global es:

Fe(s) + 1/2 O2 (g) +2H+(ac)  –>Fe2+(ac) + H2O (l)

Los protones que intervienen en la semirreacción de reducción del oxígeno atmosférico a agua proceden de diversos ácidos que encontramos en el ambiente, por ejemplo el ácido carbónico, H2CO3 que se produce por reacción entre el dióxido de carbono atmosférico, CO2, y el agua; o bien por el ácido sulfúrico presente en la atmósfera debido a la lluvia ácida en zonas contaminadas con óxidos de azufre.

El potencial de esta pila galvánica se puede calcular con los potenciales estándar de reducción de cada una de las dos semirreacciones:

Eo = Eo(cátodo) – Eo(ánodo) = 1,23 – (-0,44) = 1,67V

Un valor positivo considerablemente alto esto implica una variación de energía libre de Gibbs negativa, es decir, una reacción espontánea.

Etapa 2: Oxidación del hierro (II) a hierro (III) y formación de óxido de hierro (III)

El óxido de hierro (III) es un compuesto insoluble y precipita en forma de herrumbre sobre la superficie del metal. Es este óxido de hierro (III) el que conocemos habitualmente como óxido y tiene color rojizo o anaranjado.

En la segunda etapa el proceso de oxidación continúa según la ecuación:

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