Protezione catodica: metalli sacrificali, reazioni

La protezione catodica è uno dei mezzi più efficaci per prevenire la corrosione su una superficie metallica anche se sommersa o interrata.
Tutti i metalli in misura più o meno maggiore tendono a dar luogo al fenomeno della corrosione specie se si trovano in ambienti aggressivi.

Nell’ambito delle tecniche miranti a limitare e ritardare tale fenomeno vi è quello della protezione catodica.

Metalli sacrificali

Sir Humphrey Davy si dedicò allo studio della corrosione dei metalli ed in particolare del rame con cui erano fatti gli scafi delle navi da guerra britanniche e per primo propose l’uso di metalli sacrificali per proteggerli.

Da allora la protezione catodica è diventato il metodo più utilizzato per prevenire la corrosione delle strutture metalliche a contatto con ambienti elettrolitici.

Ad esempio, l’aggiunta di zinco, al ferro metallico ne previene la corrosione; tale fenomeno può essere compreso conoscendo i potenziali normali di riduzione:

Zn²⁺ + 2 e^– ⇄ Zn_(s)    E° = – 0.76 V
Fe²⁺ + 2 e^– ⇄ Fe_(s)    E° = – 0.44 V

La reazione di ossidoriduzione complessiva che avviene spontaneamente, per la quale E° > 0 prevede che una semireazione avvenga nel senso dell’ossidazione e l’altra nel senso della riduzione:

Zn_(s)  ⇄ Zn²⁺ + 2 e^–     E° = + 0.76 V
Fe²⁺ + 2 e^– ⇄ Fe_(s)       E° = – 0.44 V

Sommando le due semireazioni si ha:
Zn_(s) +  Fe²⁺  ⇄ Zn²⁺ + Fe    E° = + 0.76 – 0.44 = + 0.32 V

Lo zinco quindi  tenderà ad ossidarsi e il ferro a ridursi e ciò implica che prima che il ferro inizi ad ossidarsi deve essersi consumato tutto lo zinco.

In generale sono usati metalli sacrificali che hanno la caratteristica di ossidarsi più facilmente rispetto al metallo di cui si vuole prevenire la corrosione. Essi pertanto sono detti metalli sacrificali o anodi sacrificali.

Le specie usate quali anodi sacrificali devono quindi avere la caratteristica di presentare un potenziale normale di riduzione avente segno negativo e molto alto, in valore assoluto, come ad esempio lo zinco, il magnesio o leghe di alluminio. Il metallo più attivo funge da anodo mentre quello più nobile funge da catodo: tra loro si crea una differenza di potenziale ovvero gli elettroni migrano dal metallo a potenziale minore (meno nobile) che fa da anodo e si ossida, al metallo a potenziale maggiore (più nobile) che fa da catodo.

Uno schema di funzionamento di protezione catodica è rappresentato in figura:

Anodi sacrificali sono utilizzati per proteggere:

• gli scafi delle navi
• tubazioni
• sistemi di distribuzione
• serbatoi

e devono essere ispezionati periodicamente e sostituiti se si sono consumati.

Per strutture di grandi dimensioni tale metodologia è scarsamente economica e pertanto si preferisce proteggere il metallo con la protezione catodica a corrente impressa. In tal caso il metallo da proteggere è portato a un potenziale elettrico di sicurezza per mezzo di una corrente impressa da una forza elettromotrice generata da un alimentatore.