Reacción galvánica en metales: Fundamentos, y efectos en la corrosión

Introducción

La reacción galvánica es un fenómeno electroquímico fundamental que ocurre cuando dos metales con diferente potencial electroquímico entran en contacto eléctrico en presencia de un electrolito. Este proceso, también conocido como corrosión galvánica o bimetálica, tiene implicaciones críticas en la ingeniería, la industria y el diseño de sistemas metálicos, especialmente aquellos expuestos a ambientes húmedos, marinos o subterráneos. Comprender sus principios es esencial para prevenir fallos estructurales, garantizar la integridad de los materiales y prolongar la vida útil de los activos metálicos.

En la práctica, la reacción galvánica puede desencadenar desde pequeñas pérdidas materiales hasta costosos fracasos en infraestructuras clave, como tuberías enterradas, uniones soldadas, tanques de almacenamiento o estructuras offshore. Por eso, dominar este fenómeno no solo es una necesidad académica, sino un imperativo técnico y económico en los sectores industriales más exigentes.

¿Qué es una reacción galvánica?

Una reacción galvánica (también conocida como corrosión galvánica) ocurre cuando dos metales con diferente potencial electroquímico están en contacto eléctrico directo y sumergidos en un mismo medio conductor, como el agua de mar, humedad del suelo o condensación atmosférica. En este contexto, se forma una celda galvánica, donde uno de los metales actúa como ánodo (se corroe) y el otro como cátodo (se protege)¹.

Fundamentos electroquímicos

La base de este fenómeno radica en el concepto de potencial estándar de electrodo. Cuando dos metales se conectan:

• El metal menos noble (más activo) cede electrones: se oxida y actúa como ánodo.
• El metal más noble (más pasivo) recibe electrones: se reduce y actúa como cátodo.

El flujo de electrones entre los metales, a través de su conexión eléctrica, impulsa el proceso corrosivo. A mayor diferencia de potencial entre los dos materiales, más intensa será la corriente galvánica y, por tanto, mayor la tasa de corrosión del ánodo².

Para ilustrar los principios de la reacción galvánica, se puede considerar una celda galvánica clásica formada por zinc y cobre. En este sistema:

• Zinc (Zn) actúa como ánodo, oxidándose según la semirreacción: Zn_(s)​→Zn_(ac)²⁺​+2^e−→ E⁰=−0.7618 V

• Cobre (Cu) actúa como cátodo, reduciendo los iones cobre según la semirreacción: Cu_(ac)^2+​+2^e−→Cu_(s)​ → E⁰=+0.340 V

• La fuerza electromotriz (fem) de la celda es la diferencia entre ambos potenciales: E_celda=E_cátodo−E_ánodo=0.340 V−(−0.7618 V)=1.1018 V

Cada una de las semirreacciones ocurre en compartimentos diferentes llamados semiceldas. Una de ellas está formada por una lámina de Cu sumergida en una solución de CuSO₄ y la otra por una lámina de Zn sumergida en una solución de ZnSO₄. Las láminas de Zn y Cu reciben el nombre de electrodos y están conectados por un conductor eléctrico, formando una cupla galvánica, como se puede apreciar en la figura 1.

Las semirreacciones como se presentan en la imagen anterior (figura 1), ocurren en forma espontánea. Por el contrario, si se añade Cu metálica a una disolución de sulfato de cinc, no ocurre reacción porque el Cu metálico no es oxidado por el Zn⁺⁺. La facilidad de oxidación de los metales depende de su potencial estándar, de acuerdo a la serie galvánica de potenciales estándar de reducción o de oxidación.

Implicaciones de la reacción galvánica en materiales metálicos

Esta interacción presenta implicaciones negativas, como la corrosión acelerada, conocida como corrosión galvánica, y positivas, al aplicarse en la protección de estructuras metálicas. Bajo este contexto su estudio es fundamental en ingeniería de materiales y protección contra la corrosión en aplicaciones industriales.

1. Implicaciones negativas: Corrosión galvánica

La reacción galvánica puede tener un impacto significativo en la integridad del material y la estructura. La ocurrencia de esta reacción entre sistema de materiales metálicos disímiles culpados en un medio electrolito acelera el proceso de corrosión de uno de los metales conocida como corrosión galvánica, debido a la transferencia electronica (corriente electrica) entre los dos metales, lo que conlleva a fallas estructurales y a la degradación de los materiales, daño funcional en componentes metálicos, debilitando materiales, afectando la integridad de estructuras y equipos; además, puede comprometer la seguridad y durabilidad de materiales en la construcción, la industria y el transporte. Prevenir este fenómeno es clave para preservar la eficiencia y vida útil de los materiales metálicos. 

2. Implicaciones positivas: Protección catódica por ánodos de sacrificio

Aunque parece contradictoria, la reacción galvánica puede contribuir a la preservación de los materiales. Este mecanismo electroquímico se emplea en la protección catódica mediante ánodos de sacrificio, donde metales altamente activos (con mayor tendencia a corroerse), como zinc, aluminio o magnesio, se cuplan a estructuras de acero u otros metales menos reactivos (más nobles). En este proceso, en este caso el material más activo actúa como ánodo y se corroe en lugar del metal a proteger, mitigando la corrosión y prolongando la vida útil de la estructura. Este sistema se aplica en embarcaciones, plataformas marinas, tanques de almacenamiento y tuberías enterradas, proporcionando una defensa eficaz contra la degradación metálica.

Corrosión galvánica

¿Qué es la corrosión galvánica?

La corrosión galvánica, también denominada corrosión bimetálica, es un fenómeno electroquímico producto de la reacción galvánica entre metales metales de diferente potencial electroquímico en contacto directo dentro de un medio conductor o electrolito. La diferencia de potencial entre ambos metales genera una transferencia de electrones, estableciendo así una celda galvánica en la que el metal menos noble actúa como ánodo y experimenta un proceso acelerado de disolución, mientras que el metal más noble se convierte en el cátodo, favoreciendo reacciones de reducción que limitan su degradación. En la siguiente imagen (figura 2), se muestra una representación gráfica del proceso electroquímico de este tipo de corrosión.

El proceso electroquímico involucrado es impulsado por la diferencia de potenciales de electrodo entre los dos metales, donde el metal de mayor potencial representa el cátodo, y el de menor potencial es el ánodo. Los electrones fluyen del ánodo al cátodo a través de la conexión eléctrica, mientras que los iones se mueven a través del electrolito, cerrando el circuito eléctrico.

Serie galvánica o serie de fuerza electromotriz

La serie galvánica es una clasificación de metales y aleaciones según su potencial electroquímico en un medio específico (tabla.1), es un concepto fundamental para entender la corrosión galvánica. Los metales en la parte inferior de la serie, como el magnesio y el zinc, son más anódicos y propensos a la corrosión, mientras que los que están en la parte superior, como el oro y el platino, son más catódicos y resistentes a la corrosión.

Tabla de potenciales estándar de reducción (V) a 25 °C

Metal / Electrodo	Potencial Estándar (V)
Litio (Li⁺/Li)	-3.040
Magnesio (Mg²⁺/Mg)	-2.370
Zinc (Zn²⁺/Zn)	-0.7618
Hierro (Fe²⁺/Fe)	-0.440
Níquel (Ni²⁺/Ni)	-0.250
Hidrógeno (H⁺/H₂)	0.000 (referencia)
Cobre (Cu²⁺/Cu)	+0.340
Plata (Ag⁺/Ag)	+0.799
Oro (Au³⁺/Au)	+1.498

Cuanto más negativo el potencial, mayor tendencia del metal a oxidarse (comportarse como ánodo).

¿Cómo se relaciona la serie galvánica con la corrosión de los metales?

La serie galvánica ayuda a predecir el comportamiento de los metales con diferentes potenciales galvánicos de acuerdo a la posición que ocupan en la tabla galvánica o serie de fuerza electromotriz, cuando se encuentran en contacto en presencia de un electrolito. La diferencia de potencial entre los metales en la serie galvánica determina la velocidad y severidad del ataque corrosivo, cuanto mayor es la separación en la serie, más intensa será la corrosión del ánodo.

En la figura.3, se aprecia una imagen representativa del proceso de corrosión galvánica entre el acero y el cobre³. En esta interacción, el metal menos noble (ánodo) se corroe más rápidamente, mientras que el más noble (cátodo) se protege. Representación de la corrosión galvánica entre dos metales disímiles: el acero (menos noble) actúa como ánodo y se corroe, mientras el cobre (más noble) permanece protegido. Este tipo de par galvánico puede encontrarse en estructuras enterradas, tuberías o uniones metálicas expuestas a electrolitos como el agua del suelo o el agua salada.

Este principio es significativo en el diseño de estructuras metálicas, selección de materiales compatibles y aplicación de métodos de protección, como la protección catódica con ánodos de sacrificio. Comprender este mecanismo electroquímico en ingeniería de la corrosión, es importante para evitar este tipo de corrosión, mediante los métodos de control más adecuados.

Factores que afectan la severidad de la corrosión galvánica

• La diferencia de voltaje entre los dos metales en la serie galvánica: Es el factor principal de mayor incidencia en la aceleración de la velocidad de corrosión; una mayor diferencia generalmente conduce a la celeridad de la corrosión.
• La naturaleza y agresividad del medio: El ambiente también juega un papel significativo; La presencia del electrolito es facilitar el flujo de iones entre el ánodo y el cátodo, completando el circuito electroquímico. La conductividad del electrolito, influenciada por su composición y temperatura, afecta la tasa de corrosión, por ejemplo, la presencia de iones de cloruro en el agua de mar puede acelerar la corrosión galvánica.
• Relación de área cátodo/ánodo: Un factor de importante consideración es la relación de área de la zona de contacto entre los material, es otro factor crítico; una pequeña área de ánodo en relación con el cátodo puede generar a una corrosión severa. Entre mayor sea la relación del ánodo respecto al cátodo, el proceso de corrosión ocurre con mayor velocidad

¿Cómo evitar la corrosión galvánica?

La corrosión galvánica es un fenómeno que puede evitarse o mitigarse tomando medidas adecuadas para prevenir la interacción entre metales diferentes y la exposición a un electrolito.

1. Selección de materiales compatibles: Elegir metales que estén cerca en la serie galvánica o que tengan un potencial electroquímico bajo.
2. Recubrimientos protectores: Aplicar recubrimientos protectores, como pinturas, barnices o recubrimientos de zinc, a los metales puede proporcionar una barrera entre los metales y el electrolito, reduciendo así la posibilidad de corrosión galvánica.
3. Aislamiento eléctrico: Si es posible, se pueden usar materiales no conductores, como plásticos o gomas, para aislar eléctricamente los metales que podrían entrar en contacto. Esto evita la transferencia de electrones y reduce la corrosión.
4. Inhibidores de corrosión: Los inhibidores de corrosión químicos pueden utilizarse para reducir la velocidad de corrosión galvánica. Estos productos químicos se aplican a la superficie de los metales y forman una capa protectora.
5. Utilizar metales de sacrificio: En algunos casos, se pueden utilizar metales de sacrificio que sean más activos que el metal principal. Estos metales se corroerán preferentemente en lugar del metal principal. Por ejemplo, en aplicaciones marinas, se utilizan ánodos de zinc o aluminio para proteger estructuras de acero
6. Separación física: Separar físicamente los metales con aislantes o juntas no conductoras puede prevenir el contacto directo entre ellos y, por lo tanto, reducir la corrosión galvánica. Las arandelas de otro material, en uniones de varios metales, es un claro ejemplo de separación física para prevenir la corrosión galvánica.
7. Diseño de ingeniería: Diseñar componentes y estructuras de manera que el agua y la humedad no se acumulen, o queden atrapadas entre metales en contacto puede ayudar a reducir la corrosión galvánica.
8. Monitoreo y mantenimiento: Realizar un monitoreo regular y un mantenimiento preventivo puede ayudar a detectar y abordar problemas de corrosión. Es importante tener en cuenta que la prevención de la corrosión galvánica, es fundamental en aplicaciones donde la corrosión puede tener consecuencias graves, como, por ejemplo, en la industria marina o en estructuras metálicas expuestas al ambiente. La elección adecuada depende de la aplicación específica y de la naturaleza de los materiales involucrados.

Conclusión: importancia de la reacción galvánica en el diseño y protección de metales

La reacción galvánica es un fenómeno clave en la degradación de estructuras metálicas, especialmente cuando se combinan materiales disímiles en ambientes conductores. Comprender sus fundamentos —como la diferencia de potencial entre metales, la serie galvánica, la relación entre áreas anódicas y catódicas, y las condiciones del electrolito son fundamentales para prevenir la corrosión acelerada.

Desde la ingeniería de materiales hasta la protección de infraestructuras críticas, el análisis y control de la corrosión galvánica permite tomar decisiones estratégicas en el diseño, la selección de materiales y la implementación de sistemas de protección catódica o recubrimientos. Integrar este conocimiento técnico en fases tempranas de proyecto reduce fallos prematuros y optimiza la vida útil de los activos industriales.

Anticiparse a la corrosión galvánica exige comprender sus mecanismos y aplicar medidas de control desde el diseño.

Referencias

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Redox
2. Bockris, J. O’M., & Reddy, A. K. N. (1970). Modern Electrochemistry. Springer.
3. Introduction to corrosion and corrosion inhibitors”; Materials Science, Engineering, 2015.