P8: Plaça de J. Vicenç Vives
Vuitena parada
Plaça de J. Vicenç Vives
Tots els materials exposats a la intempèrie pateixen un desgast. Hem vist anteriorment com les roques calcàries són atacades per àcids, però també sabem, i en aquest indret es poden veure alguns exemples, com el ferro es rovella. El procés pel qual les propietats d’un material es deterioren per reaccions químiques amb l’entorn s’anomena corrosió. Normalment és causada per la humitat de l’aire, però s’accentua en presència de certes substàncies, com ara sals o àcids. Es tracta d’un procés de gran importància que es té ben present en moltes activitats humanes, com la construcció i la metal·lúrgia, ja que afecta, per exemple, la resistència dels materials.
L’exemple del ferro rovellat és el més comú. Un clau es rovella perquè el ferro, que és un metall, reacciona amb oxigen per formar òxid de ferro. En aquesta reacció es produeix un canvi a nivell atòmic. Un canvi que no es veu, ja que els àtoms són molt petits, com ja sabem, però que quan afecta molts àtoms aleshores es fa visible. El ferro deixa de brillar i es torna vermellós. El seu volum augmenta i això provoca que es vagi desgranant, menjant i desapareixent i per tant, es torna més feble. El producte que s’ha format, el rovell o òxid de ferro, té unes propietats molt diferents del ferro metàl·lic. Cal anar amb molt de compte amb aquest fet i per això s’han aplicat diferents processos per evitar o alentir la corrosió. En aquesta plaça hi ha alguns exemples de materials resistents a la corrosió.
Si es tracta de fer servir ferro, que és un metall relativament econòmic i fàcil de treballar, la forma més fàcil de protegir-lo és aplicant-li una capa que li faci d’aïllant de l’exterior. Durant anys s’ha utilitzat una pintura anomenada mini, que està composta majoritàriament per òxid de plom. La toxicitat d’aquest material ha fet que hagi donat pas a altres tipus de recobriments, pintures i vernissos, més o menys eficaços. El que ha funcionat millor ha estat modificar el ferro amb l’addició d’altres metalls. Per exemple, afegint-hi crom i níquel, s’obté l’acer inoxidable. És un material àmpliament utilitzat, i de ben segur que a les cuines de moltes cases les olles són fetes d’aquest material, així com la barana de l’escala que duu a la porta del darrere dels Jutjats (de cares al carrer Canalejas). Quan el ferro es combina amb aquests altres metalls permet que a la superfície es formi una fina pel·lícula d’òxid de crom i de níquel, que són molt estables, i que evita la penetració més profunda de l’òxid que acabaria afectant tota la peça. D’aquest fenomen se’n diu passivació, i la majoria dels materials que veurem estan passivats.
L’acer galvanitzat dels fanals o dels senyals, per exemple, també té una capa al seu voltant que el protegeix. En aquest cas es tracta de ferro galvanitzat, i és un aliatge amb zinc. El seu aspecte no és tan brillant com el de l’acer inoxidable.
Fins ara hem vist dos exemples d’aliatges que es passiven. Ara veurem un metall: l’alumini. Tot i que a simple vista no ho sembla, també està oxidat. Malgrat això, com que no augmenta el volum com en el cas del ferro, conserva les seves principals característiques: és lleuger, dúctil i bon conductor de la calor i de l’electricitat, a més de tenir bones propietats mecàniques. Per aquestes raons, entre d’altres, és un metall àmpliament utilitzat, des de llaunes de refresc a portes i finestres o bicicletes, per citar només alguns exemples a l’abast des d’aquest indret. Per assegurar-se la seva passivació, l’alumini és sotmès a un procés que s’anomena anodització i pel qual s’aconsegueix una gruixuda capa impermeable d’òxid que a més permet que es pugui pintar.
El cromat i el niquelat, per citar dos exemples dels que ja hem parlat anteriorment, són altres mètodes que permeten evitar la corrosió dels metalls que els suporten.
Ja de camí cap a la propera parada, travessarem el pont de Sant Feliu. Aquí hi veurem un exemple de com s’ha inventat un material que es rovella de forma voluntària. S’anomena acer de tipus corten, i el seu aspecte és el del ferro rovellat. La seva composició és variable, però sol contenir níquel, crom i coure. La presència d’aquest darrer li dóna les tonalitats vermelloses. Com en els casos anteriors, es forma una pel·lícula d’òxid (en aquest cas molt evident) que evita la deterioració profunda del material.
Ho sabies?
L’alumini és el metall més abundant de la terra, principalment en forma d’argiles. Com que encara no hi ha un sistema econòmic per extreure’l de les argiles, s’obté d’un mineral anomenat bauxita que és òxid d’alumini. Fon a una temperatura molt elevada, superior a 2.000 graus, tot i que, si en el procés de fusió s’hi afegeix un altre material anomenat criolita, la temperatura de treball pot baixar fins els 950 graus. Aleshores amb un procés electrolític se separa l’oxigen de l’alumini. Cal, per tant, força energia per aconseguir alumini.
Malgrat això, l’emperador Napoleó III tenia una coberteria d’alumini. Només la lluïa en ocasions especials i la destinava als convidats més il·lustres. La resta s’havien de “conformar” a menjar amb coberts d’or. No és estrany que li tingués tanta estima. A l’època, l’alumini era un metall rar i difícil de treballar per la gran quantitat d’energia que ara sabem que cal per obtenir-lo. De fet, encara no se sap com s’ho van fer per poder fabricar una coberteria d’alumini amb la tecnologia del moment.
Corrosió
La corrosió dels metalls és un procés electroquímic que implica dues semireaccions: la d’oxidació i la reducció.
Ambdues semireaccions es presenten simultàniament i no pot ocórrer una sense l’altra, ja que el procés global consisteix en un moviment d’electrons. La substància que perd electrons diem que s’ha oxidat, mentre que la que els guanya es redueix.
Òxid de ferro
L’oxidació del ferro és un procés electroquímic que comença amb una transferència d’electrons des del ferro cap a l’oxigen.
O2 + 4 e– + 2 H2O —> 4 OH–
Aquest procés és afavorit per presència d’aigua (la qual és crucial per a la formació del rovell) i accelerat per presència d’electròlits (sals). Per això el procés d’oxidació d peces de ferro és molt afavorit en zones de la costa, per la presència d’aire humit i amarat de sals.
Com que es formen anions hiroxil (OH–), aquest procés també es veu afectat per la presència d’àcid, essent el procés de corrosió del ferro per l’oxigen accelerat a pH baixos. Els electrons necessaris per a la reacció anterior provenen de l’oxidació del ferro(0) a ferro(II):
Fe —> Fe2+ + 2 e–
Seguidament tenen lloc les següents reaccions fins a la formació del rovell (consisteix en oxids de ferro(III) hidratats (Fe2O3·nH2O), oxo-hidròxid de ferro(III) (FeO(OH)), i hidròxid de ferro(III) (Fe(OH)3)):
4 Fe2+ + O2 —> 4 Fe3+ + 2 O2–
Fe2+ + 2 H2O —> Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O —> Fe(OH)3 + 3 H+
Com que el rovell ocupa més volum que la massa original de ferro, la seva aparició pot causar l’aparició de clivelles i, si el procés segueix, s’arriba fins al trencament de la peça de ferro.
Acer inoxidable
L’acer és un aliatge de ferro i carboni amb un percentatge d’aquest últim del 0.008% al 1.76%.
El ferro pur és un metall molt dúctil però de baixa resistència. El carboni li dóna duresa i resistència. En funció del percentatge de carboni s’obtenen diferents tipus d’acer.
L’acer inoxidable és un producte metal·lúrgic que resulta d’afegir a l’acer una proporció bastant elevada de crom, o de crom i níquel. Conté, per definició, un mínim de 10.5% de Cr. Hi ha molts tipus d’acer inoxidable variant la proporció de crom i d’altres elements com per exemple el níquel. Un acer inoxidable bastant emprat és el 18-10, que conté un 18% de Cr i un 10% de Ni.
L’acer inoxidable és resistent a la corrosió, ja que el crom, i altres metalls que el poden formar (com el níquel), tenen una gran afinitat per l’oxigen i reaccionen amb ell formant una capa passivadora d’òxid del metall corresponent, evitant així la corrosió del ferro. Aquest procés s’anomena passivació.
Galvanitzat
Galvanitzat és el procés electroquímic pel qual es pot recobrir un metall amb un altre. La funció del galvanitzat és protegir la superfície del metall sobre el qual es realitza el procés.
El galvanitzat més comú consisteix en dipositar una capa de zinc (Zn) sobre ferro (Fe). Com que el Zn és més oxidable que el Fe i genera un òxid més estable, protegeix el Fe de l’oxidació a l’estar exposat a l’oxigen de l’aire.
Anodització
Es coneix com anoditzat a la capa de protecció artificial que es genera sobre l’alumini (Al) mitjançant l’òxid d’alumini conegut com alúmina. Aquesta capa s’aconsegueix mitjançant mètodes electroquímics, de manera que s’aconsegueix una major resistencia i durada de l’Al. Amb aquest procediment s’aconsegueix l’oxidació de la superficie de l’Al, creant una capa d’alúmina protectora per a la resta de la peça.
El nom del procés deriva del fet que la part a tractar amb aquest material, la superficie de la peça d’Al, és l’ànode d’aquest procés electrolític.
L’anodització és molt usada per a la protecció de l’Al de l’abrasió, la corrosió i per poder pintar-lo. Existiesen diferents mètodes de coloració de les capes d’òxid formades, coloració per sals i coloració per tints, essent la coloració per sals la més emprada i la que més qualitat en acabat i durada garantitza.
Niquelats
Els niquelats es fan servir com a electròlits de sulfat de níquel o clorur de níquel.
El níquel és un metall platejat, brillant, conductor de l’electricitat i de la calor, resistent a la corrosió, és dúctil i mal·leable pel que es pot laminar, polir i forjar fàcilment. Es troba en diversos minerals, en meteorits (aliat amb ferro), i se suposa que el centre de la Terra està format principalment per ferro i níquel. És un metall present en la majoria de les monedes, normalment formant un aliatge amb el coure.
Corten
L’acer corten és una classe d’acer realitzat amb una composició tal que la seva oxidació crea una capa de passivació que protegeix la peça realitzada davant la corrosió atmosfèrica sense perdre, pràctcament, les seves característiques mecàniques.
L’acer corten té un alt continut en crom (Cr), níquel (Ni) i coure (Cu) que fa que adquireixi el seu color vermellós característic. Aquest color varia de tonalitat en funció de l’oxidació, enfosquint-se fins a un color marronós en el cas de que la peça es trobi en un ambient agresiu com la intempèrie.
Alumini
El procés d’obtenció de l’alumini comença amb un rentat de la bauxita molta amb una solució de sosa càustica a altes pressions i temperatures. Els minerals d’alumini es dissolen en la solució de sosa en canvi els altres components de la bauxita, principalment sílice i òxids de ferro i titani, segueixen sòlids i es dipositen en el fons d’un decantador i són retirats.
A continuació es recristal·litza l’hidròxid d’alumini de la solució i es calcina a més de 900ºC per a produir una alúmina, Al2O3, d’alta qualitat.
L’alúmina es dissol en un bany fos de criolita (Na3AlF6) i s’electrolitza en una cel·la electrolítica utilitzant ànode i càtode de carboni. L’electròlisi és un procés electroquímic en el que es fa passar una corrent elèctrica a través d’una solució que conté ions per provocar una sèrie de transformacions químiques. La corrent elèctrica es proporciona a la solució submergint en ella dos elèctrodes, un càtode i un ànode, connectats respectivament al pol negatiu i al pol positiu d’una font de corrent contínua.
Tot i que al mesclar l’alúmina (amb punt de fusió d’uns 2000 ºC) amb la criolita (de punt de fusió d’uns 900 ºC) l’obtenció d’alumini requereix un consum elèctric molt gran convertint-lo en un dels metalls més cars d’obtenir . D’aquests banys s’obté metall alumini amb una puresa entre un 99.5 i un 99.9 %, quedant traces de ferro i silici com impureses principals.
Per obtenir una tona d’alumini es necessiten unes dues tones d’alúmina i una gran quantitat d’energia elèctrica. A la vegada, per a produir dues tones d’alúmina són necessàries unes quatre tones de bauxita, en un procés complex que requereix equips de gran tamany.
