Oxidación: Corrosión y combustión

El oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido, que se encuentra en la naturaleza, específicamente en la atmósfera y en la corteza terrestre, mezclado con otros gases, siendo soluble en agua, lo que permite las diferentes formas de vida en los ecosistemas acuáticos (lagos, océanos, ríos, entre otros). El oxígeno tiene la capacidad de oxidar a otras sustancias aceptando sus electrones, formándose óxidos; también durante la ingestión de alimentos, en donde los nutrientes pasan a la circulación y luego a los tejidos, éstos al unirse con el oxígeno, como último aceptor de electrones en la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias, permiten la respiración celular y la energía necesaria para realizar todos los procesos vitales (formación de ATP).

Las oxidaciones pueden ser lentas o rápidas. En las oxidaciones lentas, el oxígeno oxida a los materiales de manera gradual, con diferentes manifestaciones de este proceso a lo largo del tiempo, por ejemplo la formación de herrumbre en los metales (Fig. 1), sin emisión de luz ni calor. En las oxidaciones rápidas, la reacción es rápida con emisión de luz y calor, por ejemplo, cuando encendemos un papel o una cerilla (Fig. 2). Otro ejemplo simple de oxidación, es cuando se remueve la cáscara de una manzana, papa, banana, plátano, pera y ésta se deja expuesta al aire, tornándose de un color café claro.

Fig 1.

Fig 2.

La corrosión de materiales es una oxidación lenta, en donde se da un deterioro gradual del metal a lo largo del tiempo. Un ejemplo muy conocido es la oxidación del hierro, en donde se forman óxidos ferrosos o de hierro gracias al oxígeno atmosférico y a la humedad; en este caso, el material oxidado es muy poroso por lo que la corrosión es continua en el interior del material. Caso contrario sucede en la corrosión del aluminio, éste al oxidarse forma un óxido muy compacto y resistente que se convierte en una capa protectora del metal y no permite la continua oxidación interior. Los materiales como el hierro que se oxidan fácilmente se les llaman oxidables, mientras que los que presentan mayor resistencia a oxidarse, como el acero, son inoxidables.

Dado que por cada oxidación se produce una reducción, estos procesos son reacciones químicas de óxido – reducción, por lo que los recubrimientos electrolíticos, como el cromado, latonado o el recubrimiento con pinturas o plásticos, se utilizan como método para proteger estos materiales. Además del oxigeno atmosférico y la humedad, el agua de mar con grandes concentraciones de sales y oxígeno disuelto, y los productos gaseosos resultantes de la combustión del carbón tienen un gran poder corrosivo en los metales (Fig. 3); pero no toda la corrosión es perjudicial, las secreciones y excreciones de animales en los suelos forma parte natural del proceso de transformación y erosión de las rocas.

Fig 3.

La combustión es una reacción química con oxidación rápida y desprendimiento de calor y luz, es decir, los materiales se queman y desprenden energía; si se queman con facilidad se les denominan combustibles, caso contrario se les denomina incombustible. Dentro de los componentes de la combustión se encuentra, el combustible, el comburente y la temperatura de ignición.

EL COMBUSTIBLE

El combustible es aquella sustancia o material que puede quemarse, como el petróleo y sus derivados, la madera, el carbón, el papel, entre otros. La combustión se da cuando se genera la ignición o chispazo, que enciende el oxígeno y quema la sustancia combustible (Fig. 4). Es por ello que a nivel mundial los combustibles son la principal fuente de abastecimiento energético. Ejemplos de la importancia de éstos se observan en la fuerza explosiva por transformación de energía química a energía mecánica, necesaria para mover los pistones de motores de automóviles, aviones, cohetes, entre otros; transformación de energía química a energía térmica en los hornos, calentadores de agua, o sopletes, utilizados en la herrería o metalmecánica.

Fig 4.

EL COMBURENTE

El comburente es toda sustancia o material que permite que el combustible se queme en su interior, como el oxígeno, es decir, el comburente es el componente oxidante de la reacción, y es por ello que el oxígeno atmosférico actúa como comburente en los incendios. Otras sustancias químicas al ser alteradas química y físicamente pueden dar lugar al fuego (Fig. 5).

Fig 5.

LA TEMPERATURA DE IGNICIÓN

Se refiere a la temperatura mínima para que la sustancia o material pueda arder, es decir, mientras más rápido arda o se queme el material más baja será su temperatura de ignición. Un ejemplo se da al comparar las temperaturas de la combustión simultánea de gasolina y madera. Al quemarse más rápido la gasolina que la madera se dice que la temperatura de ignición para la gasolina es menor o más baja que en la combustión de la madera.

El estudio de estas propiedades es necesario para la prevención de incendios forestales, o explosiones en edificios o almacenes, los cuales se dan de manera espontanea y pueden deberse a una posible oxidación lenta, por los periodos de sequía o el almacenamiento de sustancia inflamables en las tuberías, aunado con el aumento gradual de la temperatura ambiental hasta llegar a la temperatura de ignición de estos materiales (Fig. 6). En la naturaleza también ocurre el caso contrario en donde, en donde muchas sustancias no pueden combinarse con el oxígeno y es por ello que no arden fácilmente al ser sometidas a grandes temperaturas.

Fig 6.

LA COMBUSTIÓN Y LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

La contaminación atmosférica se debe principalmente a la combustión del carbón mineral y de los derivados del petróleo, generándose dióxido de azufre y dióxido de carbono en cantidades que desequilibran los ecosistemas, produciendo lluvia ácida, radioactividad, efecto invernadero, calentamiento global; así como efectos directos a la salud, como enfermedades respiratorias y cardíacas, entre otras. Es por ello que la explotación de estos recursos debe limitarse para así prevenir el deterioro ambiental y de la humanidad.

La lluvia ácida, como producto de la formación de gases de azufre, nitrógeno y carbono, destruye los ecosistemas acuáticos al acidificar las aguas, también impide el crecimiento de las especies vegetales, al reprimir la nutrición a través de los minerales del suelo (lixiviación) y de la fotosíntesis; así como promueve el deterioro de edificios y monumentos de la ciudades. Los residuos radioactivos de las grandes industrias generan cáncer, y otras alteraciones genéticas, en los diferentes seres vivos; y el efecto invernadero, por gas metano y dióxido de carbono, destruyendo el ozono, el cual es una reacción exotérmica, es decir, se desprende calor, produciendo altas temperaturas (calentamiento global), lo que provoca la fusión de los casquetes polares y posterior muerte de las especies de esos ecosistemas, y la subida del nivel del mar, generando desequilibrio en los ecosistemas marinos.

Referencias bibliográficas:

Martín, J. (1994). Estudios de la naturaleza. Primer año de Educación Media. (1a. ed.) Revisada 2011. Caracas, Venezuela. Pág: 39-44