Corrosión y Rancidez

Las reacciones químicas se pueden encontrar en todas partes a nuestro alrededor, desde el metabolismo de los alimentos de nuestro cuerpo hasta cómo se produce la luz que recibimos del sol a través de reacciones químicas. Es crucial comprender los cambios físicos y químicos antes de comenzar con las reacciones químicas. El mejor ejemplo de cambio físico y químico es una vela encendida. 

Toma una vela y ponla sobre la mesa. Podemos ver cómo la vela se convierte en cera a medida que pasa el tiempo. La vela se apagará si la tapas con un frasco. La combustión de la vela es un cambio químico, mientras que la conversión de la vela en cera es un cambio físico en la demostración. Un cambio físico da como resultado principalmente un cambio en el estado de la sustancia, mientras que un cambio químico da como resultado principalmente la formación de una nueva sustancia en la que se libera o se absorbe energía. Como resultado, podemos deducir que los cambios químicos van seguidos de modificaciones físicas.

Corrosión

Uno de los fenómenos más típicos que vemos en nuestra vida diaria es la corrosión. Probablemente hayas visto que con el tiempo, algunos objetos de hierro se cubren con una capa de color naranja o marrón rojizo. Esta capa se forma como resultado de una reacción química conocida como oxidación, que es un tipo de corrosión.

La corrosión es el proceso por el cual los metales refinados se transforman en compuestos más estables como rusts metálicos, sulfuros metálicos e hidrrusts metálicos. El desarrollo de rusts de hierro se produce como resultado de la acción de la humedad del aire y el oxígeno sobre el hierro. La corrosión es comúnmente considerada como un mal fenómeno ya que compromete las buenas características del metal. 

El hierro, por ejemplo, es reconocido por su resistencia a la tracción y rigidez (especialmente aleado con algunos otros elementos). La oxidación, por otro lado, hace que los artículos de hierro se vuelvan quebradizos, escamosos y estructuralmente defectuosos. La corrosión es un proceso electroquímico porque generalmente involucra interacciones redox entre el metal y ciertos agentes atmosféricos como el agua, el oxígeno y el dirust de azufre, entre otros.

¿Todos los metales se corroen?

Los metales con una serie de reactividad mayor, como el hierro y el zinc, se corroen rápidamente, mientras que los metales con una serie de reactividad menor, como el oro, el platino y el paladio, no se corroen. La razón de esto es que la corrosión requiere la oxidación de los metales. La tendencia a oxidarse disminuye a medida que avanzamos en la serie de reactividad (los potenciales de oxidación son muy bajos). Curiosamente, aunque es reactivo, el aluminio no se corroe como otros metales. Esto se debe al hecho de que el aluminio ya está cubierto con una capa de rust. Está protegido de una mayor corrosión por esta capa de rust de aluminio.

Factores que afectan la corrosión

• Los metales están expuestos a gases como CO ₂ , SO ₂ y SO ₃ en el aire.
• Metales expuestos a la humedad, particularmente al agua salada (que aumenta la tasa de corrosión).
• Están presentes impurezas como la sal (p. ej., NaCl).
• Temperatura: A medida que aumenta la temperatura, también lo hace la tasa de corrosión.
• La naturaleza de la primera capa de rust que se forma: algunos rusts, como el Al ₂ O ₃ , generan una capa protectora insoluble que puede evitar una mayor corrosión. El rust, por ejemplo, se desmorona fácilmente y expone el resto del metal.
• Presencia de ácido en la atmósfera: los ácidos tienen la capacidad de acelerar el proceso de corrosión.

Tipos de corrosión

Los siguientes son los tipos de tipos de corrosión:

1. Corrosión por grietas: un tipo limitado de corrosión conocida como corrosión por grietas puede ocurrir siempre que haya una diferencia en la concentración iónica entre dos ubicaciones locales cualesquiera de un metal. Las juntas, la parte inferior de las arandelas y las cabezas de los pernos son lugares donde puede ocurrir corrosión por grietas. La corrosión por grietas ocurre en todos los grados de aleaciones de aluminio y aceros inoxidables, por ejemplo.
2. Agrietamiento por corrosión bajo tensión: La corrosión debida a la tensión SCC se refiere a la rotura del metal como resultado del ambiente corrosivo y la tensión de tracción ejercida sobre él. Sucede mucho cuando hace calor. En una solución de cloruro, el agrietamiento por corrosión bajo tensión del acero inoxidable austenítico es un ejemplo.
3. Corrosión intergranular: La presencia de contaminantes en los límites de grano que separan el grano generado durante la solidificación de la aleación metálica provoca corrosión intergranular. El agotamiento o el enriquecimiento de la aleación en estos límites de grano también pueden causarlo. IGC, por ejemplo, tiene un impacto en las aleaciones a base de aluminio.
4. Corrosión galvánica: la corrosión galvánica puede ocurrir cuando se desarrolla un contacto eléctrico entre dos metales que son electroquímicamente diferentes y se encuentran en un entorno electrolítico. Describe la descomposición de uno de estos metales en una junta o unión. La degradación que ocurre cuando el cobre entra en contacto con el acero en un ambiente de agua salada es un buen ejemplo de esta forma de corrosión. Cuando el aluminio y el acero al carbono se unen y se sumergen en agua de mar, el aluminio se corroe más rápido mientras que el acero está protegido.
5. Corrosión por picadura: La corrosión por picadura es impredecible e impredecible, por lo que es difícil de detectar. Se considera una de las formas más peligrosas de corrosión. Comienza en un solo lugar y progresa hasta la producción de una celda de corrosión rodeada por la superficie metálica regular. Una vez establecido, el ‘Pit’ continúa desarrollándose y puede tomar una variedad de formas. El hoyo erosiona progresivamente el metal de la superficie en una dirección vertical, lo que eventualmente conduce a una falla estructural si no se aborda. Considere una gota de agua sobre una superficie de acero; las picaduras comenzarán cerca del centro de la gota de agua (sitio anódico).
6. Corrosión uniforme: este es el tipo de corrosión más frecuente, en el que el medio ambiente ataca la superficie del metal. El grado de oxidación se puede ver claramente. Este tipo de corrosión tiene un impacto mínimo en el rendimiento del material. Una pieza de zinc o acero sumergida en ácido sulfúrico diluido normalmente se disolvería a una velocidad constante en toda su superficie.

Ejemplos de corrosión y reacciones

Estos son algunos ejemplos comunes de corrosión, que normalmente se encuentran en los metales.

•  Corrosión del cobre: ​​cuando el metal de cobre se expone al medio ambiente, se combina con el oxígeno del aire para producir rust de cobre (I), que es una sustancia de color marrón rojizo.

2Cu + 1/2 O ₂ → Cu2O

Cu ₂ O se oxida aún más para generar CuO, que es de color negro.

Cu2O + ₁ /2O2 → _2CuO

CuO interactúa con CO ₂ , SO ₃ y H ₂ O en el medio ambiente para producir Cu ₂ (OH) ₂ (malaquita), un mineral azul, y Cu ₄ SO ₄ (OH) ₆ (brochantita), un mineral verde. El color del revestimiento de cobre de la Estatua de la Libertad, que se ha vuelto azul verdoso, es un buen ejemplo de ello.

• Deslustre de plata: La plata se combina con el azufre en el aire para formar sulfuro de plata (Ag ₂ S), que es una sustancia oscura. La plata expuesta reacciona con el H ₂ S en el medio ambiente, que está presente debido a algunos procesos industriales, para generar Ag ₂ S.

2Ag + H ₂ S → Ag ₂ S+ H ⁺ ₂

• Corrosión del hierro (oxidación): cuando el hierro entra en contacto con el aire o el agua, se produce la oxidación, que es la ocurrencia más típica. La reacción se asemeja a la de una celda electroquímica normal.

El hierro metálico pierde electrones y se convierte en Fe ²⁺ en este proceso (esto podría considerarse como la posición del áNode). Los electrones que se pierden viajarán al lado opuesto e interactuarán con los iones H+. Los iones H+ son emitidos a la atmósfera por H ₂ O o H ₂ CO ₃ (esto podría considerarse como la posición del cátodo).

H ₂ O ⇌ H ⁺ + OH ^–

H ₂ CO ₃ ⇌ 2H ⁺ + CO ₃ ²

Prevención de la corrosión: la prevención de la corrosión es fundamental para evitar pérdidas significativas. Los metales constituyen la mayoría de las estructuras que empleamos. Los puentes, los automóviles, las máquinas y los artículos para el hogar, como rejillas para ventanas, puertas y vías férreas, son ejemplos. La galvanoplastia, la galvanización, la pintura y la lubricación, y el uso de inhibidores de corrosión son solo algunos de los métodos populares para prevenir la corrosión.

Rancidez

El término “rancidez” se refiere al proceso por el cual los alimentos que contienen grasa y aceite entran en contacto con el oxígeno ambiental y experimentan autooxidación, lo que da como resultado un mal olor y un cambio en el sabor. 

Casi cualquier comida tiene el potencial de pudrirse. La palabra es especialmente aplicable a los aceites. Los aceites son especialmente vulnerables a la rancidez debido a su química, lo que los hace vulnerables al ataque de oxígeno. 

• La interacción metabólica entre las grasas y el oxígeno provoca la oxidación de las grasas. Los ácidos grasos de string larga se destruyen y se generan moléculas de string corta durante este proceso. 
• El ácido butírico es uno de los productos de reacción, y es este ácido el que le da el sabor a podrido. 
• La degradación de grasas, aceites y otros lípidos por hidrólisis, oxidación o ambas se conoce como rancidificación . 
• En los glicéridos, la hidrólisis separa las strings de ácidos grasos del esqueleto de glicerol . Estos ácidos grasos libres pueden posteriormente autooxidarse más. 
• Las grasas insaturadas se oxidan en gran medida a través de un mecanismo mediado por radicales libres . En alimentos y aceites rancios, estos procesos químicos pueden producir moléculas altamente reactivas, responsables de aromas y sabores desagradables y tóxicos. Los nutrientes de los alimentos pueden destruirse como resultado de estas reacciones químicas. Las vitaminas en los alimentos pueden ser destruidas por la ranciedad en algunas circunstancias.

Tipos de ranciedad

Hay dos tipos de ranciedad:

• Rancidez oxidativa: “Rancidez oxidativa” se refiere a la rancidez que ocurre como resultado del daño del oxígeno a los alimentos. Durante el proceso, las moléculas de oxígeno interactúan con la estructura natural del aceite, alterando su olor, sabor y seguridad para el consumo, es decir, la grasa se oxida y se descompone en compuestos con strings de carbono más cortas, como ácidos grasos, aldehídos y cetonas, todos los cuales son volátiles y contribuyen al olor desagradable de la grasa rancia. El desarrollo de químicos desagradables y peligrosos es causado por la ranciedad oxidativa. Hay tres tipos de sustancias que se encuentran en la grasa oxidada que han demostrado ser tóxicas:
  • Ácidos grasos que han sido peroxidados (los ácidos grasos peroxidados destruyen tanto la vitamina A como la E en los alimentos).
  • Material hecho de polímeros (en condiciones normales de procesamiento de alimentos, estos aparecen en cantidades lo suficientemente pequeñas como para ser insignificantes).
  • Esteroles que se han oxidado (se cree que están involucrados en la causa de la enfermedad aterosclerótica).
• Rancidez hidrolítica: la hidrólisis enzimática de las grasas da como resultado la liberación de ácidos grasos libres de los glicéridos, lo que da como resultado un olor a podrido. Esto se conoce como rancidez hidrolítica. En los glicéridos, la hidrólisis separa las strings de ácidos grasos del esqueleto de glicerol. La autooxidación adicional de estos ácidos grasos libres da como resultado una rancidez oxidativa.

Factores que afectan la ranciedad

• Oxidación: Debido a que los lípidos son ocho veces más solubles en oxígeno que en agua, la oxidación que resulta de esta exposición es la principal fuente de ranciedad. Las grasas insaturadas se oxidan en gran medida a través de un mecanismo mediado por radicales libres. En alimentos y aceites rancios, estos procesos químicos pueden producir moléculas altamente reactivas, responsables de aromas y sabores desagradables y tóxicos. Auto-oxidación, a menudo conocida como ranciedad oxidativa, es el nombre que se le da a este proceso.
• Hidrólisis: en las condiciones adecuadas, los triglicéridos reaccionan con el agua para generar diglicéridos y residuos de ácidos grasos libres. Los monoglicéridos y los ácidos grasos se forman cuando los diglicéridos se mezclan con agua. Finalmente, los monoglicéridos se hidrolizaron por completo, produciendo glicerol y ácidos grasos. Esto se conoce como rancidez hidrolítica.
• Presencia de Microorganismos – Lipasa Microbiana: La lipasa es una enzima hidrolítica producida por ciertas bacterias que interfiere directamente con la descomposición de los triglicéridos para crear gliceroles y ácidos grasos. Estos ácidos grasos se vuelven rancios debido a la autooxidación. Para su actividad sobre grasas y aceites, la lipasa microbiana requiere el pH adecuado y otras condiciones.
• Presencia de insaturación en la string de ácidos grasos: cuando los componentes insaturados de un material graso se exponen al aire, se transforman en hidroperrusts, que luego se descomponen en aldehídos, ésteres, alcoholes, cetonas e hidrocarburos volátiles, algunos de los cuales tienen olores desagradables. El proceso antes mencionado, así como la hidrólisis, que libera ácidos volátiles y malolientes, principalmente ácido butírico, hace que la mantequilla se vuelva rancia. Las grasas saturadas, como el sebo de res, resisten la oxidación y se vuelven rancias a temperatura ambiente.
• Poliinsaturación: Cuanto mayor sea la poliinsaturación de una grasa, más rápido se pondrá rancia. Las grasas animales deben volverse varias veces más rancias que los aceites vegetales. Los aceites y grasas con ácidos grasos poliinsaturados son más propensos a enranciarse que los monosaturados y otras formas de ácidos grasos saturados.
• Estructura química de aceites y grasas: Los aceites y grasas que son químicamente más complejos e incluyen una mayor cantidad de enlaces dobles, grupos carboxilo o hidroxilo tienen una mayor probabilidad de volverse rancios. La autooxidación se ve favorecida por los dobles enlaces que se encuentran en las grasas y los aceites. La autooxidación es particularmente común en aceites con un alto grado de insaturación. Determinar el índice de perrust es la mejor prueba para la autooxidación (rancidez oxidativa). En la reacción de autooxidación, los perrusts son intermediarios. El índice de perrust de un aceite o grasa se usa para determinar cuánto han progresado las reacciones de rancidez durante el almacenamiento.
• Temperatura y pH: estos son los principales factores que hacen que los alimentos ricos en grasa y aceite se vuelvan rancios. La acción hidrolítica de la lipasa microbiana requiere una temperatura específica y un pH alcalino. La autooxidación y la hidrólisis están influenciadas por la temperatura y el pH de manera indirecta.
• Calor y luz: El calor y la luz aceleran la velocidad a la que los lípidos reaccionan con el oxígeno, es decir, el calor acelera la autooxidación. La formación de radicales libres en el enranciamiento y reversión de aceites y grasas es alimentada por el calor y la luz.

Prevención de la ranciedad

La ranciedad se puede evitar de varios métodos:

• Adición de antioxidantes: Los antioxidantes son la forma más eficaz de evitar que los alimentos se vuelvan rancios. Los antioxidantes se agregan a los alimentos que contienen grasas para evitar que se formen ranciedad debido a la oxidación. Hay cinco tipos de antioxidantes:
  • Antioxidantes naturales: los flavonoides, los polifenoles, el ácido ascórbico (vitamina C) y los tocoferoles son antioxidantes totalmente naturales (vitamina E). 
  • Antioxidantes sintéticos: el hidroxianisol butilado (BHA), el hidroxitolueno butilado (BHT), el 3, 4, 5-trihidroxibenzoato de propilo (también conocido como galato de propilo) y la etoxiquina son ejemplos de antioxidantes sintéticos. 
  • Antioxidantes semisintéticos: ácido gálico, galato de propilo.
  • Quelantes de metales: ácido cítrico, ácido fosfórico.
  • Eliminadores de oxígeno: ácido ascórbico.

Los antioxidantes naturales tienen una vida útil corta, mientras que los antioxidantes sintéticos tienen una vida útil más larga y funcionan mejor. Los antioxidantes solubles en agua no son efectivos para detener la oxidación directa dentro de las grasas, pero son útiles para interceptar los radicales libres que pasan a través de las porciones acuosas de los alimentos. Una mezcla de antioxidantes solubles en agua y solubles en grasa, generalmente en una proporción de grasa a agua.

• Adición de agentes secuestrantes: los metales están unidos por agentes secuestrantes, lo que les impide iniciar la autooxidación. El EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) y el ácido cítrico son ejemplos de agentes secuestrantes.
• Almacenamiento adecuado de grasas y aceites en los alimentos: otra estrategia para evitar que los alimentos se vuelvan rancios es almacenarlos adecuadamente, lejos de los efectos del oxígeno. Debido a que el calor y la luz aceleran la tasa de reactividad de los lípidos con el oxígeno, la rancidificación se puede reducir almacenando grasas y aceites en un ambiente frío y oscuro con poca exposición al oxígeno oa los radicales libres. No agregue aceite nuevo a recipientes que ya tienen aceite viejo. El aceite viejo causará una reacción, haciendo que el aceite nuevo se ponga rancio más rápido que si estuviera almacenado en un recipiente limpio y vacío. Permita que los tanques se drenen y se sequen completamente antes de usarlos, ya que esto acelerará los problemas relacionados con la oxidación.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Qué es la rancidez?

Responder:

El término “rancidez” se refiere al proceso por el cual los alimentos que contienen grasa y aceite entran en contacto con el oxígeno ambiental y experimentan autooxidación, lo que da como resultado un mal olor y un cambio en el sabor. Casi cualquier comida tiene el potencial de pudrirse. La palabra es especialmente aplicable a los aceites. Los aceites son especialmente vulnerables a la rancidez debido a su química, lo que los hace vulnerables al ataque de oxígeno. Una interacción metabólica entre las grasas y el oxígeno provoca la oxidación de las grasas. 

Los ácidos grasos de string larga se destruyen y se generan moléculas de string corta durante este proceso. El ácido butírico es uno de los productos de reacción, y es este ácido el que le da el sabor a podrido. La degradación de grasas, aceites y otros lípidos por hidrólisis, oxidación o ambas se conoce como rancidificación. 

En los glicéridos, la hidrólisis separa las strings de ácidos grasos del esqueleto de glicerol. Estos ácidos grasos libres pueden posteriormente autooxidarse más. Las grasas insaturadas se oxidan en gran medida a través de un mecanismo mediado por radicales libres. En alimentos y aceites rancios, estos procesos químicos pueden producir moléculas altamente reactivas, que son las responsables de los aromas y sabores desagradables y tóxicos. Los nutrientes de los alimentos pueden destruirse como resultado de estas reacciones químicas. Las vitaminas en los alimentos pueden ser destruidas por la ranciedad en algunas circunstancias.

Pregunta 2: ¿Qué entiendes por Corrosión?

Responder:

La corrosión es el proceso por el cual los metales refinados se transforman en compuestos más estables como rusts metálicos, sulfuros metálicos e hidrrusts metálicos. 

El desarrollo de rusts de hierro se produce como resultado de la acción de la humedad del aire y el oxígeno sobre el hierro. La corrosión es comúnmente considerada como un mal fenómeno ya que compromete las buenas características del metal. El hierro, por ejemplo, es reconocido por su resistencia a la tracción y rigidez (especialmente aleado con algunos otros elementos). 

La oxidación, por otro lado, hace que los artículos de hierro se vuelvan quebradizos, escamosos y estructuralmente defectuosos. La corrosión es un proceso electroquímico porque generalmente involucra interacciones redox entre el metal y ciertos agentes atmosféricos como el agua, el oxígeno y el dirust de azufre, entre otros.

Pregunta 3: ¿Todos los metales se corroen?

Responder:

Los metales con una serie de reactividad mayor, como el hierro y el zinc, se corroen rápidamente, mientras que los metales con una serie de reactividad menor, como el oro, el platino y el paladio, no se corroen. La razón de esto es que la corrosión requiere la oxidación de los metales. La tendencia a oxidarse disminuye a medida que avanzamos en la serie de reactividad (los potenciales de oxidación son muy bajos). Curiosamente, aunque es reactivo, el aluminio no se corroe como otros metales. Esto se debe al hecho de que el aluminio ya está cubierto con una capa de rust. Está protegido de una mayor corrosión por esta capa de rust de aluminio.

Pregunta 4: ¿Cuáles son los factores que afectan la corrosión?

Responder

Los factores que afectan la corrosión son los siguientes:

• Los metales están expuestos a gases como CO ₂ , SO ₂ y SO ₃ en el aire.
• Metales expuestos a la humedad, particularmente al agua salada (que aumenta la tasa de corrosión).
• Están presentes impurezas como la sal (p. ej., NaCl).
• Temperatura: A medida que aumenta la temperatura, también lo hace la tasa de corrosión.
• La naturaleza de la primera capa de rust que se forma: algunos rusts, como el Al2O3, generan una capa protectora insoluble que puede evitar una mayor corrosión. El rust, por ejemplo, se desmorona fácilmente y expone el resto del metal.
• Presencia de ácido en la atmósfera: los ácidos tienen la capacidad de acelerar el proceso de corrosión.

Pregunta 5: ¿Cómo evita que los metales se corroan?

Responder:

La prevención de la corrosión es crítica para evitar pérdidas significativas. Los metales constituyen la mayoría de las estructuras que empleamos. Los puentes, los automóviles, las máquinas y los artículos para el hogar, como rejillas para ventanas, puertas y vías férreas, son ejemplos. Galvanoplastia, galvanización, pintura y lubricación, y el uso de inhibidores de corrosión son solo algunos de los métodos populares para prevenir la corrosión.

Pregunta 6: ¿Qué sucederá cuando el metal de cobre se exponga al medio ambiente?

Responder:

Cuando el cobre metálico se expone al medio ambiente, se combina con el oxígeno del aire para producir rust de cobre (I), que es una sustancia de color marrón rojizo.

2Cu + 1/2 O ₂ → Cu2O

Cu ₂ O se oxida aún más para generar CuO, que es de color negro.

Cu2O + ₁ /2O2 → _2CuO