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Origen de la imagen: Wikipedia
"Erin Brockovich" es una película biográfica dirigida por Steven Soderbergh y estrenada en el año 2000. Julia Roberts interpretó a Erin, una secretaria de un pequeño bufete de abogados que se convirtió en un moderno "David" al conseguir iniciar y ganar un litigio medioambiental contra un "Goliath" empresarial, la Pacific Gas and Electric Company. Lo que encontró Erin es que esta compañía había contaminado los acuiferos de la pequeña localidad de Hinkley con cromo hexavalente, causando la aparición de diversas enfermedades y males en los habitantes de dicha localidad. En 1996 la compañía fue condenada a pagar 333 millones de dólares en daños, aunque diez años después tuvo que desembolsar otros 295 millones para cubrir otras demandas relacionadas con el evento de contaminación. Hoy en día, la pluma de contaminación sigue migrando y contaminando el subsuelo de Hinkely.
La historia comenzó en 1952. La compañía Pacific Gas & Electric había dispuesto una estación de compresores para el suministro del gas a las localidades de la zona. Los compresores deben de ser refrigerados utilizando unas torres de refrigeración con agua. Para evitar la corrosión se añadía cromo hexavalente al agua (seguramente en forma de dicromato sódico). Este agua era almacenada en unas "balsas" que no habían sido selladas correctamente, con lo que el agua contaminada pudo percolar en el subsuelo y contaminar los acuíferos. Se alcanzaron niveles de 0,58 ppm de cromo hexavalente, cuando el nivel máximo permitido para el cromo, en cualquiera de sus formas y estados de oxidación, es de 0,1 ppm.
¿Y por qué se utiliza cromo hexavalente para evitar la corrosión? Para ello necesito describir la corrosión del metal, un proceso complejo en el que están involucradas la Física, la Química y la Biología. Las protagonistas de este último aspecto son dos tipos de bacterias: las Bacterias Oxidadoras del Hierro y las Bacterias Reductoras del Sulfato, también conocidas como SRB por Sulfate-Reducing Bacteria. Las primeras son aerobias y las segundas son anaerobias.
Imaginémonos una tubería llena de agua. El metal va a reaccionar con ella de manera electroquímica. La superficie metálica será el ánodo y el agua el cátodo. En la superficie metálica lo que ocurre es la oxidación del hierro metálico a ion ferroso. En caso de haber oxígeno disuelto los dos electrones que se producen reaccionan con el agua y el oxígeno formando iones hidroxilo.
Reacción 1
Fe0 → Fe2+ + 2 e-
1/2 O2 + H2O + 2 e- → 2(OH-)
Pero si no hay oxigeno (condiciones anaeróbicas), ocurre algo distinto. El ánodo sigue siendo la superficie metálica, pero los electrones ahora reaccionan con los hidrogeniones presentes en el agua lo que da lugar a la formación de hidrógeno.
Reacción 2
Fe0 → Fe2+ + 2 e-
2 H+ + 2 e- → 2 H2
En realidad estas dos reacciones se dan de manera simultánea, así que el balance final es una suma de las dos como se muestra a continuación:
Reacción 3
Fe0 → Fe2+ + 2 e-
Fe2+ + 2 H2O → Fe(OH)2 + H2
Imaginemos que en el agua hay alguna bacteria perteneciente a las SRB, lo cual no es raro porque son unos microbios ubicuos. Este tipo de bacterias pueden "pegarse" a la superficie metálica y forman un biofilm. Cuando se pegan, lo que hacen es favorecer la formación de una "celdilla anaeróbica" en la superficie del metal. Con ello consiguen que la reacción 2 que forma hidrógeno se vea favorecida. Estas bacterias pueden utilizar el hidrógeno como donador de electrones para así obtener energía metabólica. Con lo cual van eliminando el producto de dicha reacción y eso "estimula" que la reacción 2 se acelere. Pero, si utilizan el hidrógeno como donador de electrones ¿qué usan como aceptor? Pues utilizan lo que su propio nombre indica: el sulfato, un anión muy abundante en el agua. Este sulfato es , reducido a ácido sulfhídrico. Así que ahora tenemos un ácido que lo que hace es reaccionar con el metal produciendo sulfuro de hierro y más hidrógeno, hidrógeno que será aprovechado por la bacteria para reducir más sulfato a sulfhídrico que raccionará con el hierro, que a su vez, etc. Las reacciones son las siguiente:
Reacción 4
4 H2 + SO42- → H2S + 2 OH- + 2 H2O
Reacción 5
H2S + Fe2+ → FeS + H2
Si juntamos la reacción 3, la 4 y la 5, lo que tenemos es la reacción global.
Reacción global
Fe2+ + SO42- + 2 H2 → FeS↓ + Fe(OH)2↓ + 2 OH-
¿Y las bacterias oxidadoras del hierro? Pues ayudan, y mucho, al proceso. Estas bacterias se pegan al biofilm formado por las SRB. Pero como hemos dicho antes, las bacterias oxidadoras del hierro son aerobias, así que lo que hacen son dos cosas. Primero favorecen la reacción 1 ya que oxidan el ferroso a férrico, y en segundo lugar consumen el oxígeno disuelto en el agua, con lo que crean un microhábitat anaerobio que favorece el crecimiento de las SRB que están justo debajo de ellas. Como consecuencia de todos estos procesos se comienzan a crear cavidades y grietas que van siendo colonizadas por estos microorganismos lo que eventualmente producirá que la estructura metálica se vea comprometida. ¿Y el cromo hexavalente? Pues resulta que es un inhibidor del crecimiento de las SRB. Así que si hay cromo, las SRB no pueden crecer sobre el metal, y si no pueden crecer, este proceso no puede iniciarse, con lo cual evitamos que se produzca la corrosión.
Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Biología, edición Micro-BioCarnaval (aunque fuera de concurso) que en este momento se aloja en el blog MicroBio. También participa en el XLI carnaval de la Física alojado en Factor Ciencia, en el XXIV carnaval de la Química edición Cromo alojado en el Zombi de Schrödinger y en el V carnaval de las Humanidades cuando haya anfitrión.
La historia comenzó en 1952. La compañía Pacific Gas & Electric había dispuesto una estación de compresores para el suministro del gas a las localidades de la zona. Los compresores deben de ser refrigerados utilizando unas torres de refrigeración con agua. Para evitar la corrosión se añadía cromo hexavalente al agua (seguramente en forma de dicromato sódico). Este agua era almacenada en unas "balsas" que no habían sido selladas correctamente, con lo que el agua contaminada pudo percolar en el subsuelo y contaminar los acuíferos. Se alcanzaron niveles de 0,58 ppm de cromo hexavalente, cuando el nivel máximo permitido para el cromo, en cualquiera de sus formas y estados de oxidación, es de 0,1 ppm.
¿Y por qué se utiliza cromo hexavalente para evitar la corrosión? Para ello necesito describir la corrosión del metal, un proceso complejo en el que están involucradas la Física, la Química y la Biología. Las protagonistas de este último aspecto son dos tipos de bacterias: las Bacterias Oxidadoras del Hierro y las Bacterias Reductoras del Sulfato, también conocidas como SRB por Sulfate-Reducing Bacteria. Las primeras son aerobias y las segundas son anaerobias.
Imaginémonos una tubería llena de agua. El metal va a reaccionar con ella de manera electroquímica. La superficie metálica será el ánodo y el agua el cátodo. En la superficie metálica lo que ocurre es la oxidación del hierro metálico a ion ferroso. En caso de haber oxígeno disuelto los dos electrones que se producen reaccionan con el agua y el oxígeno formando iones hidroxilo.
Reacción 1
Fe0 → Fe2+ + 2 e-
1/2 O2 + H2O + 2 e- → 2(OH-)
Pero si no hay oxigeno (condiciones anaeróbicas), ocurre algo distinto. El ánodo sigue siendo la superficie metálica, pero los electrones ahora reaccionan con los hidrogeniones presentes en el agua lo que da lugar a la formación de hidrógeno.
Reacción 2
Fe0 → Fe2+ + 2 e-
2 H+ + 2 e- → 2 H2
En realidad estas dos reacciones se dan de manera simultánea, así que el balance final es una suma de las dos como se muestra a continuación:
Reacción 3
Fe0 → Fe2+ + 2 e-
Fe2+ + 2 H2O → Fe(OH)2 + H2
Imaginemos que en el agua hay alguna bacteria perteneciente a las SRB, lo cual no es raro porque son unos microbios ubicuos. Este tipo de bacterias pueden "pegarse" a la superficie metálica y forman un biofilm. Cuando se pegan, lo que hacen es favorecer la formación de una "celdilla anaeróbica" en la superficie del metal. Con ello consiguen que la reacción 2 que forma hidrógeno se vea favorecida. Estas bacterias pueden utilizar el hidrógeno como donador de electrones para así obtener energía metabólica. Con lo cual van eliminando el producto de dicha reacción y eso "estimula" que la reacción 2 se acelere. Pero, si utilizan el hidrógeno como donador de electrones ¿qué usan como aceptor? Pues utilizan lo que su propio nombre indica: el sulfato, un anión muy abundante en el agua. Este sulfato es , reducido a ácido sulfhídrico. Así que ahora tenemos un ácido que lo que hace es reaccionar con el metal produciendo sulfuro de hierro y más hidrógeno, hidrógeno que será aprovechado por la bacteria para reducir más sulfato a sulfhídrico que raccionará con el hierro, que a su vez, etc. Las reacciones son las siguiente:
Reacción 4
4 H2 + SO42- → H2S + 2 OH- + 2 H2O
Reacción 5
H2S + Fe2+ → FeS + H2
Si juntamos la reacción 3, la 4 y la 5, lo que tenemos es la reacción global.
Reacción global
Fe2+ + SO42- + 2 H2 → FeS↓ + Fe(OH)2↓ + 2 OH-
¿Y las bacterias oxidadoras del hierro? Pues ayudan, y mucho, al proceso. Estas bacterias se pegan al biofilm formado por las SRB. Pero como hemos dicho antes, las bacterias oxidadoras del hierro son aerobias, así que lo que hacen son dos cosas. Primero favorecen la reacción 1 ya que oxidan el ferroso a férrico, y en segundo lugar consumen el oxígeno disuelto en el agua, con lo que crean un microhábitat anaerobio que favorece el crecimiento de las SRB que están justo debajo de ellas. Como consecuencia de todos estos procesos se comienzan a crear cavidades y grietas que van siendo colonizadas por estos microorganismos lo que eventualmente producirá que la estructura metálica se vea comprometida. ¿Y el cromo hexavalente? Pues resulta que es un inhibidor del crecimiento de las SRB. Así que si hay cromo, las SRB no pueden crecer sobre el metal, y si no pueden crecer, este proceso no puede iniciarse, con lo cual evitamos que se produzca la corrosión.
Representación esquemática del proceso de biocorrosión. Las SRB están coloreadas de naranja. Las reacciones que producen en anaerobiosis están encuadradas en amarillo. Las bacterias oxidadoras del hierro son los bacilos rojos y las reacciones están encuadradas en rojo. Para más detalles ver el texto. Imagen basada en la figura 15.2 del libro Environmental Microbiology de Maier, Pepper y Gerba.
Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Biología, edición Micro-BioCarnaval (aunque fuera de concurso) que en este momento se aloja en el blog MicroBio. También participa en el XLI carnaval de la Física alojado en Factor Ciencia, en el XXIV carnaval de la Química edición Cromo alojado en el Zombi de Schrödinger y en el V carnaval de las Humanidades cuando haya anfitrión.
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