Protección catódica

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Antes de nada quisiera declararme fan de los objetos oxidados. No sabría explicar muy bien el por qué pero transmiten una sobrecogedora referencia al pasado y al olvido por decirlo así.

Sin embargo a parte del lirismo (o las tonterías que acabo de soltar en el párrafo anterior), el óxido y sobretodo la corrosión en los proyectos de ingeniería es un cáncer el cual debe combatirse.
La corrosión tiene lugar cuando la estructura o el objeto de metal actúa como una pila galvánica, para ser más exacto cuando actúa como el ánodo de una pila. Si no habéis oído hablar nunca de reacciones de este tipo, el proceso resumido es el siguiente.

Si sumergimos dos metales diferentes en una solución, uno siempre "tiene más ganas" de desprenderse de sus electrones que otro, así que este metal siempre intentará colarle los electrones al otro al que no le importa tanto tenerlos. Por ejemplo, el hierro soporta bastante menos los electrones que el cobre así que si sumergimos los dos metales en cierta solución, el hierro empujará los electrones hacia el cobre, creando así una corriente eléctrica. Lo que acaba de ocurrir aquí es que se ha creado una pila, donde el hierro hace de ánodo y el cobre de cátodo.

El problema es que el hierro al perder los electrones es más reactivo, y consecuentemente pierde su integridad (al combinarse con otros elementos) y se corroe. El resultado al principio es un pequeño defecto que al repetirse este proceso miles de veces pondrá en serios aprietos las propiedades físicas del objeto en cuestión, que puede ser un pilar de un puente o muelle, un depósito de un gas muy explosivo, un residuo tóxico, en definitiva algo que pueda poner en peligro a una cantidad importante de humanos, o al medio ambiente.

¿Nos tenemos que resignar a que todo tenga un envejecimiento y al cabo de X años se deba sustituir todo un entramado metálico? ¿Qué medidas podemos tomar? Aquí entraríamos a hablar de lo que se llama protección catódica. La idea es la siguiente.

Sabemos que el cátodo no se oxida, que el que se oxida es siempre el ánodo. ¿Cómo asigna la naturaleza qué metal debe ser el ánodo y cual el cátodo?, pues mira cual de ellos tiene un potencial más "negativo" (por decirlo así), entonces si unimos hierro (que tiene un potencial de -0,44 respecto al hidrógeno), con cobre (que tiene un potencial de +0,35) el hierro hará de ánodo porque -0,44 < +0,35.

Pero que pasaría si lo unimos al zinc (que tiene un potencial de -0,8) como -0,8 < -0,44 el hierro hace de cátodo. ¡Ahora la corriente circula al revés! y así lo hará hasta que el zinc se degrade para lo cual tardará unos años. Y cuando eso pase, es mucho mas barato cambiar unos cuantos clavos de zinc que un depósito o una estructura completa. Este método se llama ánodo de sacrificio.

Por otra parte, puede que se de el caso que no nos convenga colocar ánodos de sacrificio, por el propio diseño de la instalación. Pero sin embargo no podamos evitar realizar uniones soldadas entre diferentes metales o bien que un mismo metal este sumergido en medios con diferentes electrolitos, etc. En este caso se utiliza el método de protección catódica por corriente impresa. ¿Cómo funciona? Los metales que queremos proteger crean una pila, de un voltage determinado y los electrones van del ánodo al cátodo. Pero si yo coloco entre el ánodo y el cátodo una batería con la polaridad invertida y con un voltage superior. Los electrones se verán obligados a ir en dirección contraria y lo que antes era el ánodo (y cediese electrones) ahora se convierta en el cátodo y evitaré así su corrosión.


Como curiosidad. Hay metales tan nobles que es prácticamente imposible encontrarlos formando un compuesto con otros elementos. El oro tiene un potencial de +1,24 respecto al hidrógeno y no se oxida. Si veis algún objeto de oro creado hace miles de años por alguna antigua civilización lo veréis tal cual era entonces.

En el otro extremo el sodio tiene un potencial de -2,71 respecto al hidrógeno. Es tan reactivo que se oxida inmediatamente en contacto con el agua rompiendo la molécula de H2O para quedarse con el oxígeno y liberando el hidrógeno y gran cantidad de calor (debida a la oxidación). Él resultado de: calor + hidrogeno + oxigeno (el de aire de alrededor) es una considerable explosión.

Por eso hay pepitas de oro, pero jamás habrá pepitas de sodio en la naturaleza.