El cobre es un metal muy utilizado que posee una combinación única de propiedades, como ser maleable, dúctil y conductor. Como cualquier otro metal, sufre un proceso de descomposición u oxidación que implica cambios físicos y químicos.
Profundicemos ahora en la corrosión del cobre.
¿Se oxida o corroe el cobre?
La corrosión es un proceso natural que se produce cuando los metales reaccionan con la atmósfera, los productos químicos u otras condiciones específicas. Esta transformación conduce a una apariencia diferente junto con cambios en las propiedades mecánicas del metal y una integridad estructural más débil. El cobre forma una capa de óxido cuproso de color marrón rojizo durante su reacción electroquímica con el medio ambiente.
El óxido se forma cuando las aleaciones metálicas que contienen hierro sufren el proceso de oxidación. Sin embargo, el cobre es un metal no ferroso, lo que significa que no contiene hierro. Como el contenido en hierro es un requisito previo para la formación de óxido, el cobre ciertamente no se oxida, se corroe u oxida ya que las moléculas de oxígeno se posan en su superficie y se combinan con los átomos de cobre para formar óxido de cobre.
A diferencia del óxido de hierro, el óxido de cobre no se desintegra con el tiempo. Forma una película protectora en la superficie del cobre que se espesa gradualmente hasta convertirse en carbonato de cobre. Esta nueva capa de material, denominada pátina, sirve de escudo que preserva el cobre virgen del interior.. Es más, la pátina dañada se regenera por sí misma.
La corrosión del cobre es un proceso lento, especialmente en ambientes no contaminados. Por ello, las superficies tardan meses o incluso años en deslustrarse y tornarse gradualmente de color marrón oscuro o negro y, finalmente, en un característico color azul verdoso.
La formación de la pátina puede forzarse, ya que para algunas aplicaciones se suele desear un aspecto específico mientras que nadie tiene tiempo de esperar a que el cobre alcance este aspecto de forma natural. Esto se consigue tratando las superficies de cobre con diversos productos químicos o agentes corrosivos, como el nitrato férrico, el tiosulfato sódico y la potasa sulfurada. Utilizando distintos métodos y exponiendo el cobre a diferentes temperaturas y niveles de humedad, se pueden obtener diversas tonalidades y colores.
Algunas aplicaciones del cobre son más eficaces cuando se elimina por completo la pátina y el cobre se encuentra en su forma más limpia. Un ejemplo de ello serían los alambres de cobre, que muestran su estado de mayor conductividad eléctrica sin la pátina. El recubrimiento de cera, el pulido y las soluciones sellarán el cobre de los agentes corrosivos, evitando que se oxide y deslustre.
Condiciones que contribuyen a la corrosión del cobre
Existen condiciones específicas que favorecen o aceleran la corrosión del cobre. Entre ellas se incluyen:
- La exposición a condiciones ambientales que contengan agua salada, calor o compuestos ácidos deteriora la superficie del cobre.
- Las corrientes directas o alternas inducidas que fluyen en los suelos aceleran la velocidad de corrosión de las tuberías de cobre subterráneas.
- La corrosión galvánica tiene lugar cuando metales distintos entran en contacto con el cobre. Un ejemplo de ello es una tubería de cobre en contacto con una de acero, donde las diferencias de conductividad eléctrica favorecen la corrosión. La forma más sencilla de evitar que se produzca la acción galvánica es aislar el cobre de otros metales.
- Los suelos anormalmente agresivos pueden facilitar la corrosión del cobre cuando tienen altas concentraciones de cloruro, sulfato, compuestos amoniacales y humedad.
- El contacto con altas cantidades de ácido orgánico e inorgánico deteriora la superficie metálica del cobre, eliminando la película protectora.
- La fatiga por corrosión puede producirse por la tensión constante aplicada a los metales dúctiles del cobre. El flujo de agua a alta velocidad y turbulento en el interior de los tubos de cobre puede crear erosión y corrosión localizadas. La contracción y expansión periódicas de los tubos de cobre inducen tensiones que favorecen la fatiga.
- Los elevados niveles de átomos de oxígeno presentes en el ambiente corroen la superficie del metal mediante una oxidación acelerada.
Ejemplo de corrosión del cobre – Estatua de la Libertad NYC
Un gran ejemplo de corrosión del cobre puede verse en la Estatua de la Libertad de Nueva York. Erigida en 1886, la estatua era originalmente de color marrón brillante, pero hicieron falta unos 10 años de exposición al medio natural junto al agua de Nueva York para que su color se convirtiera en una pátina verde azulada. Otros 15 años después, la pátina estaba completamente desarrollada.
Hubo incluso políticos que sugirieron que se volviera a pintar la estatua de marrón brillante, pero por suerte al público en general no le gustó nada este plan. Hoy, el aspecto azul verdoso gusta a todo el mundo. Algunos han argumentado que la estatua debería pulirse cada 50 años, para que cada generación pudiera revivir el deslustre gradual y el cambio de colores. Sin embargo, esta idea no es práctica. Como la estatua sólo tiene unos 2,4 milímetros de grosoracabaría siendo demasiado delgada después de unos cuantos ciclos, y pronto no quedaría ninguna estatua.
La corrosión afectó al diseño original de la estatua, que combinaba una estructura esquelética de hierro con una piel de cobre. Se produjo corrosión galvánica entre los dos elementos, con el agua de lluvia actuando como electrolito. A la estructura de hierro se le aplicó un revestimiento de zinc, mientras que las partes corroídas se sustituyeron por acero inoxidable.
La restauración principal requirió 8.000 pies cuadrados de lámina de cobre para sustituir partes, como el tejado y la antorcha, mientras que la llama de la antorcha se sustituyó por cobre macizo y pan de oro. La antorcha de reemplazo fue prepatinada para que hiciera juego con el resto de la estatua antes de ser montada en 1986. La pátina artificial se desgastó en pocos años, dejando al descubierto el cobre embotado. Tuvieron que pasar más de veinte años para que el cobre marrón mate desarrollara su propia pátina.
Los efectos de la corrosión en las aleaciones de cobre
El cobre se combina habitualmente con otros metales, ya que es un elemento metálico extremadamente maleable y dúctil. Entre las aleaciones comunes de cobre se encuentran el bronce (88% de cobre, 12% de estaño) y el latón (66% de cobre, 34% de zinc con algunas trazas de hierro y plomo).
Las aleaciones de cobre son diferentes en comparación con el cobre puro y se corroen de forma distinta a como lo hace el cobre puro. Una aleación de cobre puede adquirir un color distinto al verde al sufrir corrosión. Por ejemplo, el latón adquiere un color marrón dorado, mientras que el bronce puede pasar del verde lima al marrón oscuro.
El comportamiento ante la corrosión de las aleaciones de cobre varía en función de sus propiedades físicas y químicas, el entorno, la tensión y otros factores.
Las aleaciones de cobre demuestran una resistencia excepcional a la corrosión en determinadas condiciones. He aquí algunos ejemplos:
- Aluminio latón es muy resistente a la corrosión por impacto del agua salada a alta velocidad.
- Bronce al aluminio es resistente a los ataques químicos de las soluciones sulfíticas.
- Cobre-silicio aleaciones ofrecen una resistencia sustancial contra el agrietamiento por corrosión bajo tensión en comparación con el latón.
- Plata de níquel ofrecen una excelente protección contra la corrosión provocada por la exposición al agua dulce y salada.