OXIDACIÓN DE LOS MATERIALES

Oxidación

Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación. De una forma esquemática, se puede representar el proceso de oxidación de la siguiente manera:

Material + Oxígeno = Óxido del material ± energía

El signo + que precede a la energía indica que la reacción es exotérmica y, en consecuencia, transcurre hacia la formación del óxido. En cambio, si la reacción es endotérmica (signo - para la energía), puede deducirse que el material será de difícil oxidación.

Cuando un material se encuentra situado en una atmósfera oxidante, su superficie se oxida más o menos rápidamente; el óxido que se forma se deposita en la parte exterior del material recubriéndolo por completo. Para que el proceso de oxidación continúe en esa situación, el material o el oxígeno deben atravesar, por difusión, la capa de óxido, que se comporta oponiéndose tanto al movimiento de los átomos de oxígeno como a los del material. Existen capas de óxidos que presentan mayor oposición a este movimiento que otras.

Para aumentar su resistencia a la oxidación, el acero dulce se alea con otro material (por ejemplo, con cromo, aluminio o silicio) que tenga una energía de oxidación mayor y una velocidad de oxidación menor que la suya.

En ese caso, el material añadido se oxida primero debido a su mayor energía de oxidación; pero al formarse una capa de óxido el proceso de oxidación se frena, transcurriendo a partir de entonces a una velocidad muy lenta. A este respecto, el mejor aditivo es el cromo, pues, pese a tener una energía menor y una velocidad de oxidación mayor que el aluminio o el silicio, en la aleación influye la facilidad con la que los átomos de estos elementos se mezclan con el hierro.

Cuanto mayor sea la temperatura a la que se encuentra sometido un material, mayor será la velocidad a la que se produce su oxidación, pues un aumento de temperatura activa el proceso de difusión de los átomos del material y del oxígeno en la capa de óxido. Un aumento en la presión del oxígeno existente en el exterior se comporta de manera similar.

Los aceros dulces (aleaciones de hierro con bajo contenido en carbono) son materiales baratos, resistentes mecánicamente y fáciles de conformar; sin embargo, se oxidan rápidamente.

A la vista de estas energías, se podría pensar que una sustancia se oxidaría tanto más rápidamente cuanto mayor fuese la energía liberada en el proceso; sin embargo, esto no sucede así en la realidad.

Tipos de Oxidación

Por lo general, el término oxidación se aplica a procesos cuyas manifestaciones son lentas (oxidación lenta) y en donde la energía que se produce (siempre energía química) no se percibe porque se disipa en el ambiente, por ejemplo, son fenómenos de oxidación lenta: la respiración, la  corrosión de los metales, la putrefacción de la madera, etcétera.

En las oxidaciones rápidas los efectos son inmediatos, claramente visibles, generan grandes cantidades de calor y en ellas, debido a la elevación de la temperatura, se puede producir la llama; a este tipo de reacciones se les llama reacciones de combustión.

Como vimos anteriormente, la oxidación es la pérdida de electrones experimentada por un elemento o un ión en beneficio de otro que se comporta como agente oxidante. Toda pérdida de electrones de una sustancia va acompañada por la ganancia de electrones de otro. A este último proceso se le conoce, como también ya dijimos, con el nombre de reducción.

La  oxidación es el proceso que origina y conduce a la corrosión, tendencia que tienen los metales (y en general todos los materiales de la naturaleza) a recuperar su estado original (situación de mínima energía).

La mayoría de los metales, y el caso particular del hierro (acero), se encuentran en la naturaleza en forma de óxidos, sulfuros y carbonatos: Sulfuro de hierro (piritas), Óxido de hierro (hematites roja / parda, magnetita), Carbonato de hierro (siderita) a partir de los cuales pueden obtenerse mediante la aportación de grandes cantidades de energía. Los metales así obtenidos se encuentran en una situación inestable por lo que progresivamente vuelven a su estado natural.

Lo mismo sucede con el Zinc, metal que no se encuentra en la naturaleza tal y como lo conocemos sino que se presenta en forma de Sulfuro de zinc (blenda), Óxido de zinc (cincita), Carbonato de zinc ( Smithonita)

La diferencia entre el Hierro y el Zinc la encontramos en que cuando este último se oxida, debido al ataque de los agentes atmosféricos, se recubre de una capa blanca muy estable e insoluble de sales de zinc que impide el progreso de la corrosión mientras nada ni nadie la elimine. En cambio en el hierro, la oxidación se produce progresivamente hasta la total destrucción del metal.

Para realizar el proceso de oxidación se pueden utilizar diferentes mecanismos o sistemas, entre ellos podemos mencionar:

Oxidación química.

Reacción que tiene lugar, por ejemplo, en presencia del oxígeno disuelto del agua en un proceso a través del cual el oxígeno es reducido y el compuesto orgánico es oxidado. (Utilizado para purificar aguas servidas)

Oxidación electroquímica

La oxidación electroquímica (depuración electroquímica) se produce mediante reacciones anódicas (indirectas y/o directas) en las que el oxígeno es transferido desde el disolvente (agua) a los productos que deben oxidarse.

La característica principal del tratamiento es que utiliza la energía eléctrica como vector de descontaminación ambiental.

Oxidación biológica

Llamamos metabolismo al conjunto de reacciones de un organismo. Estas reacciones son producidas por la acción de los microorganismos.