¿Por qué se oxida el hierro?

Una pila del tamaño de una gota

El óxido no aparece porque el aire “come” el hierro. Aparece porque, cuando una película de agua cubre el metal, la superficie se convierte en una pila eléctrica en miniatura. En una zona, el hierro pierde electrones y pasa al agua como ion ferroso: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. Esos electrones viajan por dentro del metal, que conduce muy bien, hasta otra zona donde el oxígeno disuelto en el agua los toma y se convierte en iones hidróxido.^[2] Cuando los iones de hierro y los de hidróxido se encuentran en el agua, reaccionan con más oxígeno y precipitan como óxido de hierro hidratado, Fe₂O₃·xH₂O, el polvo rojizo que conocemos. La “x” indica que la cantidad de agua atrapada varía; por eso el óxido no tiene una fórmula única.

De ahí salen las dos condiciones. Sin agua no hay por dónde viajen los iones y la pila no cierra el circuito: un clavo en aire muy seco dura años. Sin oxígeno no hay quién reciba los electrones: un clavo en agua hervida y tapada apenas cambia. Hacen falta los dos a la vez.

La sal no participa de la reacción, pero la acelera mucho: los iones de sodio y cloruro vuelven el agua mejor conductora, así que la corriente de la pila circula con menos resistencia. Por eso la sal que trae el aire es, junto con la humedad y el dióxido de azufre, uno de los factores que usa la norma ISO 9223 para clasificar cuán corrosivo es un lugar.^[5] Y por eso se oxidan antes los autos en ciudades costeras o donde se echa sal en las rutas para derretir el hielo.

Un detalle contraintuitivo: el hierro se come justamente donde menos oxígeno llega, no donde más. El oxígeno hace falta en el cátodo, en el borde; el metal se disuelve en el centro, que queda como ánodo. Por eso la corrosión suele ser más profunda en rendijas, debajo de la pintura saltada o bajo una capa de barro: lugares donde el oxígeno entra mal.^[1]

Entre el ambiente más benigno y el más agresivo, la misma chapa de acero pierde hasta unas 540 veces más espesor en un año.^[3] La tabla también explica por qué funciona el galvanizado: el zinc se corroe mucho más despacio que el acero en el mismo aire y, como es un metal más activo que el hierro, cuando la capa se raya es el zinc el que hace de ánodo y se sacrifica.^[2]

Cómo lo sabemos

La idea de que el óxido es un fenómeno eléctrico la demostró el químico británico Ulick Richardson Evans, en el King’s College de Cambridge, en la década de 1920. Su experimento más famoso es sencillo: puso una gota de agua salada sobre una chapa de hierro limpia y analizó qué aparecía en cada parte. En el centro de la gota se formaban sales ferrosas, señal de hierro disuelto; en el anillo del borde, por donde el oxígeno del aire entra fácil, el agua se volvía alcalina, señal de que ahí el oxígeno estaba tomando electrones. Entre ambos se formaba una franja de hidróxido férrico, el óxido.^[1]

Ese reparto también explica algo que los herreros veían sin entender: el ataque se concentra en las zonas a las que el oxígeno llega peor, y no en las más expuestas. Evans lo interpretó como una pila formada por dos regiones del mismo metal con distinta aireación, un mecanismo que se conoce como aireación diferencial y que sigue siendo la base de cómo se estudia la corrosión.^[1]

Las cifras de la tabla salen de otro tipo de medición: chapas patrón de acero y de zinc se pesan, se dejan a la intemperie durante un año en cada lugar, se limpian del óxido y se vuelven a pesar. La masa perdida se convierte en espesor. La norma ISO 9223 define sus categorías justamente por esa pérdida del primer año, y los ingenieros la usan para elegir pinturas y espesores de galvanizado.

Lo que se suele decir mal

“El óxido lo produce el aire.” Solo en parte: el oxígeno es necesario, pero sin agua líquida sobre el metal la reacción casi no avanza. Por eso los objetos de hierro se conservan en climas desérticos.

“El óxido protege al hierro de abajo.” En el cobre, la pátina verde sí forma una capa que frena el ataque. El óxido de hierro, en cambio, se descascara y deja hierro fresco expuesto, así que la corrosión sigue hacia adentro.^[2]

“La corrosión es un problema menor.” El estudio IMPACT de NACE International (hoy AMPP), de 2016, estimó su costo mundial en unos 2,5 billones de dólares por año, alrededor del 3,4 % del PBI mundial, y calculó que con buenas prácticas de prevención se podría ahorrar entre el 15 % y el 35 % de ese gasto.^[4] Es una estimación de orden de magnitud, armada extrapolando estudios nacionales de distintos años, no una medición directa.