P8: Plaça de J. Vicenç Vives

← P9: Plaça de Sant Feliu P7: Plaça de la Independència →

Eighth stop

Plaça de J. Vicenç Vives

All materials exposed to the elements are weathered. We have seen previously how limestone rocks are attacked by acids, but we also know, and here we can see some examples, that iron corrodes. The process by which the properties of a material deteriorate due to chemical reactions with the environment is called corrosion. It is usually caused by moisture in the air, but it is accentuated in the presence of certain substances, such as salts or acids. It is a very important process that is kept in mind for many human activities, such as construction and metallurgy, since it affects the resistance of materials.

The example of rusty iron is the most common. A nail breaks down because iron, which is a metal, reacts with oxygen to form iron oxide. In this reaction there is a change at the atomic level. A change that is not seen, since the atoms are very small, as we already know, but which becomes visible when it affects many atoms. Iron stops shining and becomes reddish. Its volume increases and this causes it to degrade, eaten up and disappearing and therefore, it becomes weaker. The product that has formed, the rust or iron oxide, has properties that are very different from the metal iron. We must be very careful with corrosion and for that reason different processes have been applied to prevent or slow down the corrosion. In this square there are some examples of materials resistant to corrosion.

When using iron, which is a relatively affordable and easy-to-work metal, the easiest way to protect it is by applying a layer of material that will isolate it from the outside. For years, a painting called mini has been used, which is mostly made up of lead oxide. The toxicity of this material has led people to use other forms of coatings, paints and varnishes, which are more or less effective. Another, more effective way of preventing corrosion is by modifying iron with the addition of other metals. For example, by adding chrome and nickel, you get stainless steel. This material is widely used, and there are probably pots made of stainless steel in your house. We can see it here on the railing of the stairs that lead to the Court’s rear door (facing Canalejas street). When iron is combined with these other metals, a thin film of chromium and nickel oxide forms on the surface, which is very stable and prevents the oxide that would otherwise affect the entire piece from penetrating deeper. This phenomenon is called passivation, and most of the materials that we will see are passivated.

The galvanized steel of streetlights or signals, for example, also has a layer around it that protects it. In this case it is galvanized iron, which is an alloy with zinc. Its appearance is not as shiny as that of stainless steel.

So far, we have seen two examples of passive alloys. Now we will see a metal: aluminum. Although at first glance it may not seem it, it is also oxidized. In spite of this, because the volume does not increase as in the case of iron, it retains its main characteristics: it is lightweight, ductile, and a good conductor of heat and electricity, and also has good mechanical properties. For these reasons, among others, it is used in a variety of applications, from soda cans to doors and windows or bicycles, just to name a few examples we can see here. To ensure its passivation, aluminum is subjected to a process called anodizing, which results in a thick waterproof layer of oxide that also allows it to be painted.

Chromium and nickel plating, to cite two examples which we have already discussed above, are other methods that prevent corrosion.

On our way to the next stop, we will cross Sant Feliu bridge. Here we will see an example of how a material that purposefully rusts has been invented. It is called corten steel, and it looks like rusty iron. Its composition may vary, but usually contains nickel, chrome and copper. The presence of the latter gives us the reddish tones. As in previous cases, a layer of oxide forms – which is very obvious here – that prevents the inner deterioration of the material.

Didi you know?

Aluminum is the most abundant metal on earth, and is mainly found in clays. Since there is still no affordable system to extract it from clays, it is obtained from a mineral called bauxite, which is aluminum oxide. It is cast at a very high temperature, over 2,000 degrees, although, if in the fusion process another material called cryolite is added, the working temperature can be lowered to 950 degrees. Then, oxygen is separated from the aluminum using an electrolytic process. Therefore, a lot of energy is required to obtain aluminum.

In spite of this, Emperor Napoleon III had aluminum cutlery. He only looked at it on special occasions and reserved it for the most illustrious guests. The rest had to “conform” with eating off of gold plates. It is not strange that he was so fond of his collection. At the time, aluminum was a rare and difficult metal to work because of the large amount of energy that we now is required to obtain it. In fact, we still do not know how they managed to make aluminum cutlery with the technology of the time.

Itinerary map

P1: Torre dels Predicadors (Tower of the Preachers)

P2: La Muralla (The wall)

P3: Pujada de Sant Martí (Cromats Ensesa)

P4: L’Argenteria

P5: Farmàcia Saguer

P6: Sant Agustí Bridge

P7: Plaça de la Independència

P8: Plaça de J. Vicenç Vives

P9: Plaça de Sant Feliu

P10: Pujada de Sant Feliu. La Carbonera

P11: Els Quatre Cantons

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.