UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL
FACULTAD FACULTAD DE
Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Química y Textil Textil Área Académica de Ingeniería Química LABOATOIO !" #OO$ION %I&'(')#
LABORATORIO Nº 2 TERMODINÁMICA DE LA CORROSIÓN
Alumnos*
#+u,uiray -u.o/ 0onat+an
1223(114i
oman Quintana !avid
1223(567a
8alencia 8alencia 9arro :at+erine
1223(23'+
8illar $alcedo Ornella
1223((14d
Fec+a*
13 de A;ril de 12((
%ro
Ing= 0uan Quiro/ 9arcia= Lima > %er? $emestre académico 12(2&1
Laboratorio de corrosi!
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Conceptos electroquímicos
Índice
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Laboratorio de corrosi!
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'& Res()e!
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*
+& "arte E,-eri)e!ta.
/
2.1 Gases Disueltos en agua
2.2 Celda Electrolítica
4
4
2.2.1Celda Galvánica
4
2.2.2 Celda Electrolítica
7
2.3 Reacciones Electroquímicas
9
2.4 edida de !otencial
12
*& 0ib.io$ra12a '3
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Conceptos electroquímicos
1. Resumen CELDA GALVÁNICA CELDAS DE CORROSIÓN
2. P!"e E#$e!imen"%
2.1. Ce%ds de &%'(nic DESCRIPCION
En una solución salina se midió el potencial del electrodo de cobre y zinc (cada uno por separado) respecto al electrodo de referencia de calomel. Las mediciones se hicieron en circuito cerrado y abierto. ELECTODO DE RE)ERENCIA C%*me% In"ensidd de c*!!ien"e E Cu+V, E -n+V, Ece%d+V, +mA, Circuito Abierto Circuito Cerrado
-0,215 -0.375
-0.381 -0.381
+0.193 0,000
-----0.360
Mecanismos Sistema: Zinc – Electrodo de referencia La relación entre los electrodos de calomel y de hidrogeno es E alomel ! ".#$% E&' reemplazando para el Zn se obtiene E e! * +.,- E&'. Laboratorio de corrosi!
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/&010: 2"#
−
→ "# +
# # #" + 2 e
−
/3010: $e
+#
+
−
#e → $e −
# $e + "# + # # #" → 2"#
+
# $e
#+
4n5logamente se hallan para las dem5s celdas: Sistema: obre – Electrodo de referencia
/&010:
Cu
/3010:
"#
→
+
Cu
+#
+
#e
# # # " + 2e
−
−
#Cu + "# + # # # " → 2"#
→
−
+
2"#
#Cu
−
#+
E6 ! *".$$- 7 ".2"+ E6 ! *".,$8 9ara la celda gal5nica (ircuito ;cerrado)
/&010: /3010:
$e → $e Cu
%n + Cu
+#
#+
+
+#
+
#e
−
#e− → Cu
→ %n
+#
+
Cu
Explicación La ariación de potencial de una celda est5 determinada por: ∆ E = Emetal− Ereferencia
Seg
idar?a pero si consideramos el o>?geno del agua en la solución salina diluida del agua este es el =ue tiene mayor potencial de reducción entonces se puede concluir =ue se produce la o>idación de del Zn y adem5s dos reducciones: la del 'g y la del o>?geno siendo la m5s importante la del 0>?geno. Lo mismo ocurre con el cobre.
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4l analizar el sistema cerrado se aprecia =ue el =ue tiene mayor potencial de reducción es el Zn es por ello =ue la reducción catódica es la de @l y analizando los dem5s potenciales se obsera =ue el =ue se reduce es el cobre pero como diAimos tambi@n ocurre una pe=ueBa reducción por parte del o>?geno. 4l conectar el amper?metro en el circuito cerrado se obtuo un alor esa corriente es la corriente generada por la celda total a partir de las reacciones de o>idación* reducción. 0curre una polarización de las celdas debido a =ue no hay un regulador de electrones =ue fluyen a tra@s del cable.
E (V)
A
Cu Curva ------------------------C ------------------------D !"
B Curva
4 y C son los potenciales de cobre y Zinc en circuito abierto y y 1 en circuito cerrado.
Conclusiones • •
En circuito cerrado hay fluAo de corriente pero no en el circuito abierto. El potencial total de la celda es positio lo =ue indica =ue es un proceso espontaneo. 1ependiendo de la elocidad de polarización depender5 la elocidad en la cual ocurra la corrosión. 2. 2. CELDA CORROSI ÓN
2. 2. 1.I NFLUENCI A DELMETAL Descripción
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#e i"troduce u" c$avo o%idado & u" c$avo 'i" o%idar e" u" reciie"te co" aua 'a$ada & u'a"do u" e$ectrodo de re*ere"cia & u" vo$tetro 'e ide" $o' ote"cia$e' de cada e$ectrodo. #e a"ota" $o' ote"cia$e' de cada e$ectrodo e" edia aua 'a$ada.
ELECTRODO
E
Fe
(v)
C$avo 'i" %ido
-0.30
C$avo o%idado
-0.2050
Mecanismo !o"a catdica !o"a a"dica
/2 + 2 + 2e- e
2()e+2 + 2e-
Explicación A$ i"troducir e$ c$avo e" aua 'a$ada 'e *orara u"a caa de %ido ue actuara coo c4todo, & e$ e coo 4"odo ara ue ueda circu$ar corrie"te e$ctrica ue 'er4 i"te"'a 'i $a ca"tidad de o%e"o e" $a 'uercie catdica e' $a 'ucie"te. A$ i"troducir u" c$avo cubierto or u"a caa de %ido, dica caa dicu$tara e$ uo de e$ectro"e' e"tre $a 'uercie & e$ o%e"o re'e"te, $o ue di'i"u&e $a o%idaci" de e'te &a ue e$ o%e"o $$eara di*ci$e"te a $a 'uercie de$ eta$ & co" *aci$idad a $a 'uercie o%idada.
Conclusiones •
El clao con superficie limpia recibe el nombre de electrodo actiado mientras =ue el clao o>idado se llama electrodo pasiado ya =ue impide el fluAo de carga.
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El electrodo pasiado es m5s noble =ue el metal nueo y tiene un potencial eleado dificultando la corrosión. La capa de ó>ido dificultar5 la corrosión del metal disminuyendo la elocidad de corrosión.
2.2.2.
IN)LENCIA DEL /EDIO
Desc!i$ci0n #e di'o"e a i"'ta$ar do' e$ectrodo' de acero a di*ere"te a$tura e" u" reciie"te, de e'to' e$ectrodo' u"o e' u" c$avo de acero & e$ otro u" e$ectrodo de re*ere"cia, $ueo 'e $$e"a de are"a rue'a & ade4' 'e $e adicio"a aua co" 'a$, 'e rocede a co$ocar $o' cab$e' ara $a edici" de ote"cia$ varia"do $a a$tura de$ c$avo de acero ue 'e va o%ida"do $e"tae"te.
/ecnism* Reacci! a!dica −¿ ¿ 2 +¿+ 2 e Fe ↔ Fe
¿
Reacci! catdica −¿ ¿ −¿ ↔ 2 O H 1 2
¿
O2+ H 2 O + 2 e
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−¿+ H 2 ¿
−¿ ↔ 2O H 2 H 2 O + 2 e
¿
E#$%icci0n E" e'te ca'o e$ edio e$ectro$tico do"de 'e de'arro$$a e$ roce'o corro'ivo, e' $a are"a :eda, co" e'to 'e roduce $a reacci" a"dica e" e$ c$avo de acero. Ade4' e$ cabio e" e$ ote"cia$ re*erido a$ c$avo de acero va cabia"do 'e:" $a ro*u"didad debido a ue e'to e'ta re$acio"ado co" $a ve$ocidad de corro'i", &a ue e'ta 'e ve i"ue"ciada or e$ 4rea de co"tacto de$ ateria$ e%ue'to a$ e$ectro$ito, de ta$ *ora ue a u"a di'i"uci" de$ 4rea de co"tacto a"dico, 'e roduce u"a a&or o%idaci" (a a&or ve$ocidad de corro'i"), ca'o co"trario ara e$ aue"to de$ 4rea de co"tacto a"dico 'e roduce u"a e"or o%idaci" (u"a e"or ve$ocidad de corro'i").
C*nc%usi0n
La arena h
2.2.3. GOTA DE EVANS
Descripción:
En una placa de hierro al carbón se colocan simult5neamente # gotas de agua salada &al(ac) #D # gotas de fenolftale?na y + gota de ,e(&)% luego se obsera F se forma un manchas azules en un l?=uido erdoso en el interior de la gota inicialmente luego de unos minutos en las periferias de la gota se obsera la formación de un color roAo grosella =ue se puede er a simple ista.
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Ecuaciones químicas:
Geacción de reducción: −¿ ¿ −¿ ⟷ 4 OH 2 H 2 O ( l ) + 2 O 2 4 e
¿
Geacción de o>idación: −¿ ¿ 2 +¿+ 2 e Fe( s) ⟷ Fe
¿
ormación del compleAo:
( (
3− ¿ ⟶ Fe3 Fe CN
(
)
2+ ¿+ Fe CN 6
))
6 2
¿
¿
Fe
Explicación:
El proceso apreciado se debe a la reducción y o>idación del mismo metal por diferencia de concentración del o>?geno en la solución (gota) este proceso se le conoce por corrosión por aireación diferencial producto de la diferencia de concentraciones de o>?geno en una sola pieza met5lica form5ndose un pila de concentración donde la periferia de la gota presenta mayor concentración de o>igeno por estar e>puesta a la atmosfera y la zona central donde las concentración del de o>igeno son menores es donde se produce la o>idación produciendo la reacción siguiente. −¿ ¿ 2 +¿+ 2 e Fe( s) ⟷ Fe
¿
1espu@s de ocurrido la o>idación los electrones iaAan atrees del metal a las zonas ecinas en los bordes donde interienen en la reducción donde se produce la reducción del o>?geno como la gota tiene car5cter neutro la reacción de reducción ser5. −¿ ¿ −¿ ⟷ 4 OH 2 H 2 O ( l ) + 2 O 2 4 e
¿
Estos 0'* son los =ue en contacto con la fenolftale?na originan el color roAo grosella La formación del compleAo azul en la parte central es formada por la reacción de compleAacion producto de la reacción del e #7 con el e(&)% ,*
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( (
3− ¿ ⟶ Fe3 Fe CN
(
)
2+ ¿+ Fe CN 6
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))
6 2
¿
¿
Fe
El cual es de color azul. Conclusiones:
La corrosión diferencial es producido en sobre un metal debido a la diferencia en la concentración de o>igeno =ue e>iste en la gota por su forma concentrando m5s o>?geno en los bordes y comport5ndose como c5todo y o>idando en la parte central comport5ndose como 5nodo por lo cual se recomiendo eitar las gotas de aguas sobre superficies de metal ya =ue originara una corrosión localizada. El color roAo grosella es originado por el car5cter b5sico =ue se produce en la periferia de la gota ya =ue hay se realiza la reducción del o>?geno. El color azul en el centro se debe a =ue la o>idación se produce en la parte central y es ah? donde se encuentran los cationes e #7.
2.2.4. MICROANODOS Y MICROCATODOS: Descripción: En una solución de sulfato de cobre introducimos un clao y medimos e potencial respecto al electrodo de referencia 4gH4gl. Estos potenciales los medimos cada +" segundos por , minutos.
E!" *"2%$ *"2%2 *"2%# *"2I$ *"2I+ *"22, *"2,, *"2#2 *"2+$
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Tiempo #ranscurri$o s" +" #" ," 2" I" %" $" 8" -"
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*"2"*"2 *",-# *",82 *",$I *",%# *",I+ *",2 *",#$
+"" ++" +#" +," +2" +I" +%" +$" +8"
G!c E +V, Vs "iem$*+s, 0 -0.05 0 -0.1 -0.15 -0.2 E +V, -0.25 -0.3 -0.35 -0. -0.5 -0.5
20
0
60
80
100
120
10
160
180
200
Tiem$* "!nscu!!id*
Mecanismos: /3010: 4&010:
Cu
+2
$e&s'
→Cu + 2e −¿
$e2((2e*
Explicación: omo se sabe los micros 5nodos y micro c5todos son celdas a niel microscópico cuyas reacciones de o>idación y reducción se producen en la superficie del metal. 4l comparar los potenciales de reducción se concluye =ue el cobre es el =ue se reduce y el e se o>ida. 4mbas reacciones se producen en la superficie del clao: la reducción del cobre =ue se manifiesta en una deposición de solido marrón roAizo y la o>idación del clao dada por la corrosión de este. La aparición de micro 5nodos y micro c5todos en la superficie del metal se produce debido a =ue el metal tiene una estructura heterog@nea dada por eAemplo por las
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impurezas en la superficie del metal falta de homogeneidad por la presencia de diferentes fases diferencias en los bordes de grano etc.
Conclusiones: Los materiales met5licos heterog@neos son susceptibles a la formación de microanodos y microcatodos. el potencial de la celda =ue se forma aria con el tiempo debido a =ue las reacciones deo>idacion y reacción empiezan a producirse y cesaran de ariar en el e=uilibrio.
•
•
2.%.
E&ECTRODOS DE RE'ERENCIA. MEDICI(N DE )OTENCIA&.
!"!#!
MED$C$O% DE &OTE%C$'L E% '' &OT'*LE
Descripción ;ti$i 0.198 v) 'e ide e$ ote"cia$ de di*ere"te' eta$e' & a$eacio"e' uti$i
@rat o 0.136
at " 0.08 2
Bi
A$
0.09 6
0.52 5
Ac. "o% 0.03
Cobr e 0.02 3
D$o o 0.51 2
!i"c
?
0.82 2
1.68
!"!! MED$C$O% DE &OTE%C$'L DEL 'CERO E% CO%CRETO + DEL 'CERO (&$%T'DO + ,$% &$%T'R) E% 'RE%'! Descripción ;ti$i
Co"creto 0.1332
Fubo i"tado e"terrado -0.3312
Fubo 'i" i"tar e"terrado -0.3550
Explicación •
a' ue'tra' i"er'a' re'e"ta" di*ere"te' ote"cia$e' $o cua$ i"dica 'u actividad e" e$ edio.
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A$ edir e$ ote"cia$ e" e$ co"creto arado e$ e$ectrodo de re*ere"cia Cu=Cu# "o' deteri"a $a actividad de$ acero e" e$ co"creto. E$ tubo de acero i"tado o'ee a&or ote"cia$ ue e$ ue "o e't4 i"tado, rotei"do'e de e'ta a"era e$ acero.
Conclusiones •
•
E$ e$ectrodo de re*ere"cia A=AC$ "o' erite deteri"ar $a actividad o a'ividad e" u" deteri"ado edio. ?edia"te e'ta e%erie"cia 'e uede deteri"ar ue 'i vario' eta$e' 'e e"co"tra'e" u"to', e" u" edio coo e$ aua otab$e, e$ de a&or ote"cia$ 'e reducira & e$ de e"or 'e o%idara.
2.%.%. MEDICI(N DE )OTENCIA& Desc!i$ci0n #e co$oca u" e$ectrodo de ca$oe$ e" u" reciie"te ade4' 'e $e co"ecta a u" vo$tetro, 'e rocede a edir e" cada ca'o e$ ote"cia$ de u" e$ectrodo de acero a$ carbo"o co"ectado a$ vo$tetro tabi", e" $a' 'o$ucio"e' de aua de'io"i
/ecnism* Reacci! de. e.ectrodo 8C#todo9 GC$G (') + 2e H 2 + 2C$I
E#$%icci0n a' edicio"e' de ote"cia$ de$ acero a$ carbo"o co" re'ecto a$ e$ectrodo de ca$oe$, e" $o' cua$e' e$ 4"odo e' e$ c$avo de acero a$ carbo"o e" e$ cua$ va co"ectado e$ cocodri$o de co$or roo, ue ade4' i"dica e$ o$o o'itivo. Fabi" coo e$ cocodri$o de co$or "ero va co"ectado a$ e$ectrodo i"dica"do ue e' e$ c4todo & e$ o$o "eativo. E$ 'e"tido va de roo a "ero e" e'te ca'o. o' dato' obte"ido' 'o"
SOLCION
/EDIDA DEL POTENCIAL +V,
Aua de'io"i
- 0.399
Aua otab$e
- 0.388
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Aua 'a$ada
- 0.530
Aua acida
- 0.535
Aua b4'ica
- 0.90
C*nc%usi0n
9odemos decir =ue el menor potencial se da en el agua b5sica =uiere decir =ue en esta solución el acero al carbono es menos reactio. 1e igual forma en el agua desionizada se presenta el mayor potencial =ue significa =ue en esta solución el acero al carbono es m5s reactio.
. Bi3%i*&!45 Fe%to' co"'u$tado'
Jillian 1. astiller Kr. iencia de ingeniera de los materiales # E130G4L GEEG3E S.4. Carcelona EspaBa. Kulio #""$. 9ag I%% *II- pag I88*I8-. Eva"', ;$i'e'. Corro'i" ?et4$ica'. EJFKA KEVEKFE #.A. E'aLa, Marce$o"a. Da 3-1. tero, uerta e"riue. Corrocio" & deradaci" de ateria$e', EFKA #BFE## #.A. Va$$eero'o, ?adrid.97-108.
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