Oxidación - Corrosión

Los materiales están expuestos continuamente a un proceso de interacción material-ambiente que provoca, en muchos casos, la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del material. Los mecanismos de deterioro son diferentes según se trate de materiales metálicos, cerámicos o plásticos. Por ejemplo, la pérdida de las propiedades de los plásticos se denomina degradación y viene producida por la rotura de las cadenas de polímeros debido a los rayos ultravioletas (radiación solar). En el caso de un metal como el hierro, en presencia de la humedad y del aire, se produce una corrosión que transforma el metal en óxido, y si el ataque continúa acaba destruyéndose del todo.

Desde el punto de vista económico, la corrosión ocasiona pérdidas muy elevadas e incluso catástrofes si no se detiene a tiempo. 

En el caso de los metales, donde nos vamos a centrar, podemos distinguir dos procesos, la oxidación y la corrosión. La oxidación no es más que una reacción donde un material se combina con oxígeno transformándose en un óxido de ese material. En cambio la corrosión es una oxidación producida en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas.  

Oxidación:

Como ya hemos comentado, cuando un material se combina con el oxígeno se transforma en un óxido de ese material, a través de una reacción de oxidación.

Material + Oxígeno → Óxido de material ± Energía

El signo + (reacción exotérmica) indica que la reacción transcurre de manera espontánea hacia la derecha, en cambio es más complicado que se produzca oxidación si la reacción es endotérmica (signo -).

En la siguiente tabla se reflejan las energías de oxidación para los metales más comunes a 0 ºC:

Metal	Óxido	Energía (KJ/mol de O2)
Aluminio (Al)	Al2O3	+1045
Titanio (Ti)	TiO	+848
Hierro (Fe)	Fe3O4	+508
Cobre (Cu)	CuO	+254
Plata (Ag)	Ag2O	+5
Oro (Au)	Au2O3	-80

Las energías positivas de la mayorías de ellos explica que los metales se encuentren en la corteza terrestre en forma de minerales, como la bauxita (Al₂O₃), magnetita (Fe₃O₄), rutilo (TiO) o la calcopirita (Cu2O),... 

Sin embargo, hay un factor más importante de cara a conocer la vida útil de un producto que es la velocidad de oxidación. La siguiente tabla muestra las velocidades de oxidación de los anteriores metales para una temperatura 0.7 T_F (donde T_F es la temperatura de fusión del metal).

Metal	Tiempo (horas)	TF (ºC)
Aluminio (Al)	Muy alto	660
Titanio (Ti)	6	1670
Hierro (Fe)	24	1536
Cobre (Cu)	25	1083
Plata (Ag)	Muy alto	961
Oro (Au)	Infinito	1063

Teóricamente la velocidad de oxidación debería ser más alta cuanto mayor fuese la energía de oxidación, sin embargo comparando las dos tablas vemos que esto no es así, ya que el aluminio debería oxidarse rápidamente (doble de velocidad que el hierro) y por el contrario tiene un tiempo de oxidación muy alto.

Esto es debido a que cuando el metal se encuentra situado en una atmósfera oxidante (en presencia de oxígeno) su superficie se oxida más o menos rápido en función de su energía de oxidación. Sin embargo, una vez que el óxido se deposita en la superficie puede impedir que más oxígeno llegue al metal, formando la propia capa de óxido una película protectora.

Este efecto protector será mayor cuanto:

• Mejor sea la adherencia de la capa de óxido al metal.
• Más elevado sea el punto de fusión del óxido.
• Menor sea la fragilidad del óxido.
• Menor sea la conductividad eléctrica del óxido.

Además también influye la Relación de Pilling-Bedworth que representa el cociente entre el volumen de óxido y el volumen del metal, es decir, nos da una relación de la "compatibilidad" entre ambas capas.

Relación P.B. = Volumen óxido producido / Volumen de metal consumido

De forma que en función del valor de la relación:

• Si R.P.B. < 1 el volumen del óxido será menor que el del metal y por tanto la capa de óxido se agrietará (metales alcalinos).
• Si R.P.B. ~ 1 el volumen de la capa de óxido es similar a la de la capa de metal y por tanto la capa de óxido puede actuar como capa protectora del metal (aluminio).
• Si R.P.B. > 1 el volumen de la capa de óxido será mayor que la del metal, por lo que la capa de óxido tenderá a desprenderse (hierro).

Para proteger de la oxidación se recurre a diferentes métodos como la aleación de metales (acero inoxidable (Fe - Cr (18%))) o a los recubrimientos superficiales (dorado, plateado, cromado, cincado, pintado, vidriado,...). Esto se verá con más detalle en la pregunta de corrosión.

Corrosión: