Óxido Es una mancha de color marrón rojizo que aparece en superficies de hierro o ferrosas cuando se exponen al aire y la humedad. Como el hierro metálico es inestable en contacto con el aire, se forma por oxidación del hierro metálico a óxidos o hidróxidos de hierro, comúnmente representados por la fórmula química FeOOH.
La oxidación es un problema importante para la sociedad, ya que daña significativamente estructuras como puentes, edificios, vehículos, motores, entre otros, que requieren grandes gastos de reparación y mantenimiento. El óxido es un tipo de corrosión, un fenómeno espontáneo de destrucción de metales y aleaciones. Actualmente, se utilizan varias técnicas, como la galvanización, para reducir los impactos de la formación de óxido.
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resumen de óxido
El óxido se caracteriza por manchas de color marrón rojizo que se forman en superficies de hierro y aleaciones ferrosas que están en contacto con el aire y la humedad.
El óxido se forma cuando el hierro, que es inestable en presencia de oxígeno atmosférico, se oxida a óxidos e hidróxidos de hierro.
Se puede representar por la fórmula química general FeOOH.
El principal componente de la herrumbre es el óxido de hierro III hidratado, Fe2O3∙H2o
La oxidación es un problema importante para los países y las empresas, ya que los costos de mantenimiento y reparación son elevados.
Provoca importantes impactos estructurales, ya que debilita mecánicamente las estructuras metálicas.
Existen técnicas para disminuir o mitigar la oxidación, como la protección catódica y la galvanización.
La formación de óxido es un tipo de corrosión.
¿Qué causa el óxido?
El óxido es un Mancha marrón rojiza que aparece en superficies metálicas, más concretamente en hierro y aleaciones ferrosas, cuando se exponen a la atmósfera o se sumergen en aguas naturales.. En ese caso, hierro metálico (Fe) se oxida a una mezcla de óxidos (Fe2O3∙H2O y fe3O4) e hidróxidos (Fe(OH)2, Fe(OH)3) de hierro, que también son comúnmente representados por la fórmula FeOOH, que busca condensar todas las fases de hierro presentes en la herrumbre.
El proceso que causa la oxidación se conoce químicamente como corrosión., consecuencia de la acción del medio ambiente sobre un material, provocando su deterioro, a partir de su superficie.
¿Cómo se produce el óxido?
El hierro metálico es termodinámicamente inestable en presencia de oxígeno gaseoso., que constituye alrededor del 20% de nuestra atmósfera y es el medio en el que dicho metal está expuesto con mayor frecuencia.
En estas condiciones, su óxido forma FeO (óxido de hierro II), Fe2O3 (óxido de hierro III) y Fe3O4 (Hierro II, III óxido). La presencia de agua hace que el medio sea aún más agresivo, favoreciendo la formación de óxido (FeOOH). Así como las sales e hidróxidos básicos necesitan agua para su formación, la herrumbre, mezcla de óxidos e hidróxidos, también necesita agua, quedando claro el papel de la humedad relativa:
4 fe3O4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
En regiones de alta humedad relativa del aire, es común la formación de la denominada pila de corrosión., debido a la formación de una lámina de agua que se condensa (licua) sobre la superficie del metal en forma total o parcial.
En este caso, debemos prestar atención a los potenciales de reducción estándar de las especies involucradas:
Fe2+ (ac)/Fe (s): E° = –0,44 V
Fe3+ (aquí)/Fe2+ (ac): E° = 0,77 V
O2 (g)/OH– (ac): E° = 0,82 V
Los valores muestran que El proceso de oxidación del Fe por el O es químicamente espontáneo.2 disuelto en agua, ya que el hierro tiene un potencial de reducción estándar más bajo. Por lo tanto, tenemos que:
Fe(s) → Fe2+ (ac) + 2 y–
O2 (g) + 2H2O(l) + 4 y– → 4OH– (aquí)
En breve, La formación de óxido se puede dar como:
2 fe2+ (ac) + O2 (g) + 4OH– (ac) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Aunque la concentración de oxígeno en el aire es constante, su solubilidad en agua es baja (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O a 20 °C), que se consume rápidamente en la superficie del acero (aleación metálica compuesta principalmente de hierro y carbono). Aunque constantemente reabastecido por el aire, este oxígeno, en cada instante, debe pasar a través de una capa una capa más gruesa de óxido vuelva a golpear el acero, lo que reduce la velocidad del óxido con el tiempo. corrosión.
tipos de óxido
El óxido variará en color dependiendo de la cantidad de oxígeno y humedad.
óxido rojo: rico en Fe2O3∙H2El O (óxido de hierro III hidratado), se presenta en ambientes de alta oxigenación y humedad, siendo la forma más común, formándose uniformemente.
Roya amarilla: rico en FeO(OH)H2O (o Fe(OH)3), ocurre en ambientes de alta humedad, generalmente en metales que se encuentran con grandes cantidades de agua estancada, como cerca de lavabos y bañeras.
óxido negro: rico en Fe3O4, ocurre en ambientes de baja concentración de oxígeno y humedad moderada. Aparece como puntos negros, no se produce rápidamente, por lo que es fácil de combatir.
óxido marrón: rico en Fe2O3, ocurre en ambientes con una alta concentración de oxígeno y baja humedad (incluso sin ella). Debido a esto, es un tipo de óxido mucho más seco, que no se presenta de manera uniforme, sino en puntos específicos de la superficie.
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Composición química de la roya
Comúnmente, se dice que El óxido está compuesto de óxido de hierro III hidratado (Fe2O3∙H2O), pero se puede entender que otras especies de hierro están presentes en su composición. como el hierro es un metal poco estable en contacto con el oxígeno del aire, es normal que partes de este metal formen una fina capa de Fe3O4 (magnetita) en su superficie. El contacto constante con el oxígeno del aire y la humedad da lugar a otras especies oxidadas, como el FeOOH, en las formas cristalinas α-FeOOH (goethita) y γ-FeOOH (lepidocrocita). Estas especies se superponen en capas a lo largo de la roya.
consecuencias de la oxidación
El proceso de formación de óxido está dentro del campo de la corrosión., un problema de gran impacto en las economías de los países industrializados y desarrollados.
Se estima que alrededor del 30% de la producción mundial de hierro y acero se pierde debido a la corrosión., costo que puede corresponder del 1 al 5% del PIB de los países. En 2019, por ejemplo, Brasil gastó alrededor de BRL 290 mil millones (alrededor del 4% de su PIB) en mantenimiento de la corrosión.
Los costos de mantenimiento de las estructuras son necesarios, ya que el reemplazo puede ser más costoso y, además, la oxidación provoca graves daños a la seguridad estructural.. Al oxidarse, el metal pierde sus buenas propiedades mecánicas. Los óxidos formados, en general, son quebradizos y pueden comprometer piezas, estructuras y equipos. No solo eso, también pueden contaminar el producto envasado, si este, por ejemplo, es comida.
Además de los costos directos de reemplazar y mantener partes oxidadas, el óxido también puede traer problemas indirectos. Una estructura como un puente o un paso a desnivel, que debe cerrarse por mantenimiento, puede causar grandes interrupciones en el movimiento de personas, afectando a las comunidades y la rutina laboral. La maquinaria oxidada puede perder eficiencia o ser retirada de la línea de producción para mantenimiento, lo que reduce la productividad.
¿Cómo evitar la oxidación?
Actualmente ya existen técnicas antioxidantes o anticorrosivas que reducen drásticamente la formación de óxido en las piezas metálicas. Entre ellos, podemos destacar algunos, como protección catódica y anódica, recubrimientos anticorrosión e inhibidores de corrosión.
En la protección catódica, el metal de interés está protegido por un metal de oxidación más fácil (menor potencial de reducción) insertado en su estructura, lo que da lugar a una celda galvánica. De esta manera, el metal insertado actúa como ánodo, se oxida y luego protege la estructura metálica de interés, que actúa como cátodo y permanece en su forma reducida (metálica). El ánodo insertado es comúnmente conocido, en esta técnica, como “metal de sacrificio”, precisamente porque se oxida en lugar de otro.
El uso de recubrimientos evita que la estructura metálica entre en contacto con el ambiente oxidativo, creando así una barrera que dificultará o incluso evitará la formación de óxido. Un ejemplo son las pinturas epoxi y al plomo rojo, que protegen tuberías, rejas, portones, entre otros elementos. Otro recubrimiento conocido es la galvanización, que consiste en recubrir la pieza de hierro con un metal menos noble. Este es el caso de la tornillería galvanizada, en la que la estructura de hierro está recubierta de metal zincado.
Los inhibidores de corrosión son sustancias químicas, de naturaleza orgánica o inorgánica, que se agregan al medio ambiente para evitar el proceso de formación de óxido. La idea es generar productos en el medio que formen películas protectoras y actúen como barrera al metal, dificultando el contacto con el medio oxidante. Para obtener más información sobre las formas de prevenir la oxidación, haga clic en aquí.
¿Cuál es la diferencia entre óxido y corrosión?
El óxido es en realidad la sustancia formada durante el proceso de corrosión del hierro y sus aleaciones, como el acero. La corrosión es más amplia, ya que afecta a todos los procesos de destrucción espontánea de metales y aleaciones, causadas por interacciones químicas, bioquímicas y electroquímicas entre metales y aleaciones con el medio ambiente ambiente. Durante la corrosión, los metales se convierten en compuestos termodinámicamente más estables, como óxidos, hidróxidos, sales o carbonatos. Por lo tanto, podemos decir que la formación de óxido es uno de los procesos de corrosión.
Algunos autores dicen que la oxidación es una consecuencia del proceso de corrosión húmeda o corrosión. electroquímica, ya que tal proceso necesita la presencia de agua para ocurrir y sucede espontáneamente.
Fuentes
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Por Stefano Araújo Novais
Profesor de química