INFORME 5to LABORATORIOFISICOQUMICA

CORROSIN

Autor: Sandoval, Nicols Matas

Objetivos: Estudiar la corrosin del hierro, su proteccin y pasivacin

Fecha de realizacin: 19/08/2015

Resumen:

En este laboratorio se busc discutir y entender conceptualmente los procesos que suceden en el fenmeno de la corrosin, y explicar como prevenirlo mediante tecnicas como la proteccin catdica u andica y la pasivacin.Para ello se discuti el trabajo prctico de laboratorio realizado en la ctedra de Qumica, cursada por el alumnado en el primer ao de la carrera de Ingeniera Qumica, buscando que, con los conocimientos que adquirimos en la presente cursada, entender conscientemente que fue lo que paso en ese laboratorio y porque el fenmeno se distinguia con mayor o menor claridad segn cada caso y cada zona del elemento a corroer (clavos de hierro).

Marco terico:

La corrosin es un proceso electroqumico en el cual un metal reacciona con su medio ambiente para formar xido o algn otro compuesto. La celda que causa este proceso est compuesta esencialmente por tres componentes: un nodo, un ctodo y un electrolito (la solucin conductora de electricidad). El nodo es el lugar donde el metal es corrodo: el electrolito es el medio corrosivo; y el ctodo, que puede ser parte de la misma superficie metlica o de otra superficie metlica que est en contacto, forma el otro electrodo en la celda y no es consumido por el proceso de corrosin. En el nodo el metal corrodo pasa a travs del electrolito como iones cargados positivamente, liberando electrones que participan en la reaccin catdica. Es por ello que la corriente de corrosin entre el nodo y el ctodo consiste en electrones fluyendo dentro del metal y de iones fluyendo dentro del electrolito.Aunque el aire atmosfrico es el medio ms comn, las soluciones acuosas son los ambientes que con mayor frecuencia se asocian a los problemas de corrosin. En el trmino solucin acuosa se incluyen aguas naturales, suelos, humedad atmosfrica, lluvia y soluciones creadas por el hombre. Debido a la conductividad inica de estos medios, el ataque corrosivo es generalmente electroqumico.La definicin ms aceptada entiende por corrosin electroqumica el paso de electrones e iones de una fase a otra limtrofe constituyendo un fenmeno electrdico, es decir, transformaciones materiales con la cooperacin fundamental, activa o pasiva, de un campo elctrico macroscpico, entendindose por macroscpico aquel campo elctrico que tiene dimensiones superiores a las atmicas en dos direcciones del espacio.En los procesos de corrosin electroqumica de los metales se tiene simultneamente un paso de electrones libres entre los espacios andicos y catdicos vecinos, separados entre s, segn el esquema siguiente:Fenmeno andico: Ed1 Ec1+ n e-Fenmeno catdico: Ec2+ n e-Ed2Lo que entraa una corriente electrnica a travs de la superficie lmite de las fases. En el proceso andico, el dador de electrones, Ed1, los cede a un potencial galvnico ms negativo, y dichos electrones son captados en el proceso catdico por un aceptor de electrones, Ec2, con potencial ms positivo.Como vemos la corrosin electroqumica involucra dos reacciones de media celda, una reaccin de oxidacin en el nodo y una reaccin de reduccin en el ctodo. Existen diferentes reacciones andicas y catdicas para los diferentes tipos de aleaciones expuestas en distintos medios.Proteccin catdica:La proteccin catdica es un mtodo ampliamente aceptado para el control de la corrosin. La corrosin de tanques de almacenamiento de acero con fondo sobre el suelo, puede reducirse o eliminarse mediante la aplicacin apropiada de la proteccin catdica. La proteccin catdica es una tcnica que hace que toda la superficie del metal a proteger, acte como el ctodo de una celda electroqumica. Existen dos sistemas de proteccin catdica:a) nodos de sacrificiob) Corriente impresa- Los sistemas de nodos de sacrificio, utilizan nodos galvnicos, los cuales estn hechos de magnesio zinc en forma de barras, se instalan los nodos enterrados directamente en el suelo rodeados de una mezcla qumica y empacada en sacos especiales.Los nodos estn conectados al sistema de forma individual o en grupos. Los nodos galvnicos estn limitados en su corriente de salida por el voltaje del sistema y la resistencia del circuito. Se deben emplear sistemas del tipo de corriente impresa para la proteccin catdica de estructuras de gran tamao, descubiertas o con recubrimiento deteriorado.El nmero de nodos que se requieren para la proteccin catdica de tanques de almacenamiento sobre el suelo, depende del requerimiento total de corriente y de la corriente de descarga promedio individual de los nodos en el suelo. Al calcular la colocacin de los nodos, tambin deben considerarse los factores que influyen en la distribucin de la corriente sobre la geometra de la estructura.Generalmente se obtiene mejor distribucin de la corriente y una polarizacin ms uniforme, distribuyendo nodos uniformemente alrededor del tanque o bajo los tanques de nueva construccin.- Los nodos de corriente impresa deben ser de materiales como el grafito; el hierro fundido con alto contenido de silicio; metales platinizados; la magnetita y mezcla de xidos metlicos, entre otros. Estos nodos se instalan desnudos con material de relleno especial (como el grafito pulverizado, con alto contenido de carbn). Estn conectados, individualmente en grupos, a una terminal positiva o a una fuente de corriente directa, mediante conductores aislados. La estructura se conecta a la terminal negativa, desde una fuente de corriente directa.

Proteccin andica:La proteccin andica est fundamentada en la pasivacin de un metal andico cuando se le somete a un potencial ms positivo que el de E0de corrosin. Para ciertos metales y electrolitos sucede que al aumentar el potencial aumenta fuertemente la oxidacin hasta alcanzar una intensidad mxima imax. A partir de este punto y para pequeos incrementos de E la densidad de corriente disminuye hasta lai pasiva, que indica unos bajos valores de corrosin. Este bajo nivel de oxidacin se mantiene para valores de la tensin mayores a Epp, pero no tanto para llegar a la destruccin de la capa pasiva,transpasiva.Los electrolitos que pueden proteger a cada metal o aleacin son seleccionados, de acuerdo con la tabla de iones que los pasivan formando una pelcula pasiva protectora en la superficie. As el acero puede protegerse andicamente por los iones sulfrico, fosfrico o lcalis; pero no con los iones cloro. Sin embargo el titanio puede protegerse por los iones cloro.La proteccin andica se aplica a aleaciones que se pasivan con rapidez para pequeas densidades de corriente.Pasivacin:La pasivacin se refiere a la formacin de una pelcula relativamente inerte, sobre la superficie de un material, que lo enmascara en contra de la accin de agentes externos. Aunque la reaccin entre el metal y el agente externo sea termodinmicamente factible a nivel macroscpico, la capa o pelcula pasivante no permite que stos puedan interactuar, de tal manera que la reaccin qumica o electroqumica se ve reducida o completamente impedida.La pasivacin no debe ser confundida con la inmunidad, en la cual el metal base es por s mismo resistente a la accin de los medios corrosivos, por ejemplo el oro y el platino, que no se oxidan fcilmente y por eso se les llama metal noble.

Procedimiento experimental:

- No se realizo ningun proceso experimental en laboratorio, sino que se interpreto el Trabajo Prctico de Corrosin de Qumica de 1er ao ya realizado, discutiendo los conceptos y fenmenos que en el mismo se llevaron a cabo.

Clculos y resultados:

Recordando los clculos y resultados obtenidos en el Trabajo Prctico de Corrosin de Qumica de 1er ao:

Pasivacin de clavo de hierro en HNO3 y oxidacin en H2SO4:

Se sumerge un clavo previamente limpiado con papel de lija en HNO3 durante un corto perodo de tiempo, durante el cual se observa un burbujeo, y luego se sumerge en H2SO4, sin observar cambio alguno.Seguidamente colocamos un clavo bajo identico proceso en cido sulfrico sin ser previamente pasado por cido ntrico, y observamos como el mismo se oxida.Esto se debe a que al sumergir el primer clavo en cido ntrico, el mismo se pasivo, generando una capa protectora que evito que el cido sulfrico lo oxidara con rapidez.

En el cido ntrico (pasivado):

(presencia de burbujeo)

En el cido sulfrico (sin pasivado)

Fe0 Fe2+ + 2e-

2H+ + 2e- H2

Corrosin de piezas con dos metales - Proteccin:

En esta experiencia se colocaron 4 clavos en un recipiente con una solucin de NaCl y K3Fe(CN)6, en el cual se habian colocado gotas de fenolftalena como indicador.El primer clavo era un clavo nuevo sin ningun tipo de proteccin; el segundo era un clavo torcido y daado; el tercero era un clavo rodeado por un alambre de cobre y el cuarto era un clavo rodeado por una cinta de magnesio.

Primer clavo:

En este caso observamos la formacin de azul de Turnbull*, asi como un amarillo rodeando el clavo, lo que nos da la pauta de que en el recipiente hay iones Fe2+ y Fe3+ (el azul de Turnbull reconoce los iones Fe2+ y el amarillo es caracteristico del Fe(OH)3, por lo que es evidente la oxidacin a Fe3+.

Fe0 Fe2+ + 2e-

Fe2+ Fe3+ + 2e-

H2O + O2 + 2e- 2OH-

Segundo clavo:

En este caso observamos exactamente lo mismo que el el primer clavo, pero se nota que el proceso es ms rpido y tiene lugar mas localizadamente en la zona donde el clavo esta doblado, lo que nos da la pauta que en esa zona el mismo es ms pasible de ser corroido.

Tercer clavo:

En este caso volvemos a observar que ocurre lo mismo que en el primer y segundo clavo. La razn de esto es que el cobre tiene un potencial mayor que el hierro, por lo que en este caso primeramente se oxidar el hierro y, una vez que el mismo este completamente corroido, se comenzara a corroer recien en ese momento el cobre.Cuarto clavo:

En este caso observamos un burbujero cercano al clavo y una tenue presencia de azul alrededor.El magnesio tiene un potencial menor que el hierro, por lo que la cinta actuar de nodo de sacrificio, oxidandose la misma y evitando que el hierro se corroa.El tenue azul se debe a las zonas donde la cinta no protege al clavo correctamente.

Mg0 Mg2+ + 2e-

H2O + O2 + 2e- 2OH-

* En todos los casos, el azul de Turnbull es producido por la reaccin:

3Fe2+ + 2Fe(CN)63+ Fe3[Fe(CN)6]2

Por lo que la aparicin del mismo es un indicador de la presencia del in Fe2+

Discusin y Conclusiones:

En esta charla, donde discutimos los fenmenos que ocurrieron en el laboratorio realizado hace ya unos aos por el alumnado, en esta ocasin, gracias a los conocimientos adquiridos a lo largo de este ao, pudimos comprender el significado real de esos sucesos, el por que los metales se corroen y como protegerlos lo ms posible.Se nos hizo especial hincapie en la importancia que tiene este tema en la industria, y como es deber especial del Ingeniero Qumico preocuparse de preveer la corrosin y como retrasarla lo ms posible, dado que es un suceso inevitable de la naturaleza.

Bibliografa:

http://www.nervion.com.mx/web/conocimientos/corrosion.php

http://www.petrolnews.net/noticia.php?ID=11099f1c215d3cf180dce1aa809e11cc&r=8326

http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm12/pfcm12_5_4.html

http://www.quiminet.com/articulos/proteja-sus-metales-utilizando-la-pasivacion-2881638.htm