Práctica 2: Estudio de la corrosión de piezas de acero con distintos métodos de protección Se prepara una disolución de agar al 4%, una vez templado se añaden unas 5 ó 6 gotas de la solución de ferrocianuro potásico 0,5 M y unas 10 gotas de fenolftaleína. Se preparan dos placas de Petri, cada una con varios clavos.
1. Clavo de acero dulce doblado 2. Clavo de acero dulce de fábrica 3. Clavo de acero dulce enrollado con cobre 4. Clavo de acero dulce envuelto en aluminio 5. Clavo latonado sin rallado 6. Clavo latonado sin rallar 7. Clavo de acero inoxidable sin rallar 8. Clavo de acero inoxidable rallado
Después de una semana las placas tienen el siguiente aspecto:
4 7
8
3
6
2
5 1
Placa Posición en placa 1
2
1 2 3 4 5 6 7 8
Material ensayado
Color de agar
Precipitado
Acero dulce doblado Acero dulce Acero dulce + Cobre Acero dulce + Aluminio Latonado rallado Latonado sin rallar Acero inox. rallado Acero inox. sin rallar
Amarillo Amarillo Amarillo No se aprecia cambio No se aprecia cambio No se aprecia cambio No se aprecia cambio No se aprecia cambio
Sí, azul Sí, azul 1 Sí, azul* Sí, azul Sí, azul Sí, azul 2 Sí, azul* Sí, azul
1
* además del precipitado azul en casi todo el clavo se observa también que el clavo ha pasado a tener una tonalidad verdosa. 2
* Aunque en la imagen apenas se aprecia el precipitado azul, visualmente se observaba una pequeña coloración azul en la punta del tornillo.
CUESTIONES 1. ¿Qué indica la formación del precipitado azul? ¿Qué indica el cambio de color del medio? Escribe las reacciones El precipitado azul indica que se ha formado azul de Prusia. El ión ferroso reacciona con el ferrocianuro para formar este precipitado. 2+
-
2Fe (s) → 2Fe (aq) + 4e +
2+
3-
H2O + K + Fe (aq) + [Fe(CN)6] (aq) → KFe [Fe(CN) 6]·H2O El cambio de color del medio nos indica si el medio permanece ácido, color amarillo, o el medio es básico, color rosa. Este cambio de color se debe a que los electrones atraviesen por difusión aniónica la capa de óxido formada inicialmente y, una vez producida la reducción del 2-
oxígeno, los iones O atraviesen de nuevo dicha capa en sentido contrario, pasan al medio -
(agar), y se transforman en iones hidroxilo. Al aumentar la concentración de OH produce un cambio de color en la fenolftaleína, que virará de incoloro a rosa. -
-
O2 + 2H2O + 4e → 4OH
2. ¿Dónde se concentra la corrosión? ¿Por qué? La corrosión se observa en todos los clavos en la punta y en la cabeza del clavo, esto es debido a que son las zonas más débiles del clavo, ya que son las zonas en las cuales se ha trabajado el material, provocando grietas o fisuras en la estructura molecular del clavo lo que facilita su corrosión.
3. ¿Qué tipo de corrosión ocurre en la placa 1 (clavo doblado – clavo)? ¿Qué consecuencias tiene sobre la corrosión el hecho de doblar el clavo? Se trata de corrosión galvánica. Cuando dos metales diferentes se tocan, una pequeña, casi imperceptible corriente eléctrica comienza a fluir. A esto se le llama acción galvánica . La corrosión galvánica tiene lugar cuando dos elementos, con potenciales de electrodo considerablemente distintos, se ponen en contacto en una disolución acuosa en la que inicialmente no existen iones metálicos. El hecho de doblar el clavo consiste en crear más fisuras o tensión en el clavo con lo que se favorece una mayor corrosión en el material justo en la zona donde se ha doblado.
4. A la vista de los resultados observados en la placa 2: ¿qué método de protección contra la corrosión del acero es el más eficaz? Razónalo. En este caso solo se puede comparar el acero inoxidable y un clavo con recubrimiento de latón. El tratamiento que se le dan a los clavos de acero inoxidable en mucho mejor que el recubrimiento de latonado. Se observa claramente que el clavo inoxidable aún rallándolo apenas sufre ninguna oxidación, mientras que en el clavo latonado sí se observa oxidación en la punta y en la cabeza. El clavo latonado que se ha rallado ha sufrido una mayor oxidación en el resto del cuerpo del clavo. El latón es una aleación de cobre y zinc. Una manera de minimizar la corrosión es mediante la protección catódica, que consiste en instalar piezas de metal más anódico en la chapa de metal que queremos proteger, de modo que el material protegido actúe como cátodo y no sufra corrosión. Estudiando los potenciales estándar de reducción observamos que el que tiene menor potencial estándar de reducción es el Zn, después el Fe y el Cu que es positivo. A menor potencial de reducción la especie es más reactiva, por lo que el Fe se oxidaría rápidamente, pero al estar recubierto con la capa de latón se forma una pila galvánica con el Zn, éste se oxida y forma una capa protectora de oxido que hace que no penetre el electrolito en el clavo y evita por tanto la oxidación del Fe. El acero inoxidable sin embargo, el Fe recibe un tratamiento especial con Cr (10% aprox.). El Cr y el Fe tienen potenciales estándar de reducción bastante similares. Cuando las dos especies tienen potenciales similares la corrosión galvánica es menor.
5. ¿Se forma un precipitado blanco en alguna de las muestras ensayadas en la placa 2? ¿Qué indica? Escribe la reacción En nuestro caso no se observa ningún precipitado blanco. Este precipitado blanco que se forma es debido a la precipitación del hidróxido de zinc. Nos indica por tanto que se ha liberado hidroxilos al medio debido a la corrosión. Estos hidroxilos reaccionan con los iones de Zn para formar el hidróxido, debido a su baja solubilidad se observa el precipitado blanco.
6. Explica el efecto teórico que tiene el aluminio sobre el acero. ¿Se observa lo mismo en el ensayo realizado? El aluminio está más abajo en la serie galvánica que el hierro, esto quiere decir que primeramente se oxidará el Al y el Fe quedará prácticamente intacto. Se forma un acoplamiento galvánico, este tipo de protección se denomina protección catódica por ánodo de sacrificio. El Al además sufre pasivación, esto quiere decir que se cubre de una película de óxido de aluminio que lo protege de la corrosión. Así es, que en nuestro caso solo se observa precipitado azul en la punta del clavo que fue la única parte que quedo sin cubrir por el Al.
7. Explica el efecto teórico que tiene el cobre sobre el acero. ¿Se observa lo mismo en el ensayo realizado? Con el cobre lo que pasa es que se forma un par galvánico, del cual ya hemos explicado su funcionamiento anteriormente. En nuestro caso se observa lo esperado, se ve que el Cu se ha oxidado.
Práctica 3: Estudio del efecto corrosivo de diferentes ambientes químicos sobre materiales metálicos Se preparan una serie de tubos en los que hemos introducido clavos de hierro dulce a los que sometemos a distintos tratamientos:
Tubo 1 2 3 4 5 6 7
Material clavo de acero al carbono clavo de acero al carbono clavo de acero al carbono clavo de acero al carbono clavo de acero al carbono clavo de acero al carbono clavo de acero al carbono
Ambiente químico aire semicubierto con agua de grifo cubierto con agua de grifo cubierto con agua del grifo hirviendo, taponado y sellado para que no entre aire (también se puede añadir unos 2 cm de aceite) cubierto con disolución de cloruro sódico al 15% cubierto con HNO3 concentrado cubierto con HNO3 diluido
Después de una semana sumergidos los clavos en los distintos ambientes se observa lo siguiente:
1
2 5
7 4
6
3
A continuación se añaden unas gotas de ferrocianuro a cada tubo, observando lo siguiente:
Tubo 1 2 3 4 5 6 7
Observaciones No se observa ningún cambio apreciable La disolución pasó a marrón-verdoso La disolución pasó a verde hierba transparente La disolución pasó a amarillento muy claro La disolución pasó a amarillento La disolución pasó a azul muy oscuro casi negro La disolución pasó a negro-parduzco.
A continuación se muestra una tabla con los datos de masa y diámetro antes y después del tratamiento:
Tubo
Diámetro inicial (mm)
Diámetro final (mm)
1 2 3 4 5 6 7
1.62 1.65 1.60 1.64 1.60 1.60 1.63
1.61 1.65 1.58 1.62 1.58 1.62 -------
Masa inicial (g) 0.5688 0.5701 0.5448 0.5691 0.5146 0.5669 0.5735
Masa final (g) 0.5695 0.5680 0.5440 0.5676 0.5135 0.5642 -------
Velocidad de corrosión (mg/24h) -0.10 0.30 -0.11 -0.21 -0.16 -0.39 desapareció
Velocidad de corrosión (mm/24h) -1.43 0 -2.86 -2.86 -2.86 -2.86 desapareció
