ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS DE POURBAIX I. Resumen. En esta práctica de laboratorio se pretendió aprender a usar el software “HSC Chemistry 5.0” el cual sir!e para la elaboración de dia"ramas de #ourbai$ los cuales nos permitirán efectuar análisis termodinámicos en el e%uilibrio de las reacciones %u&micas y electro%u&micas %ue se presentan en los sistemas metal – fases acuosas .
II. Objetivos. '.(. )prender a usar el software “HSC Chemistry 5.0” para elaborar dia"ramas de #ourbai$ para sistemas metal – fases acuosas . '.'. *eterminar ba+o condiciones de pH y E determinados si el metal permanece inmune a la corrosión se corroe o forma productos %ue lo pasi!an. '.,. Superponiendo !arios dia"ramas de #ourbai$ de diferentes metales e!aluar el comportamiento de las aleaciones -latón #bSn acero ino$idable/ ba+o condiciones de pH y E determinados determinados en un sistema metal – fases acuosas .
III. Ma!o "e#i!o. $.%. Into&u!!i#n' Into&u!!i#n' os e%uilibrios %u&micos y electro%u&micos se resumen normalmente en los dia"ramas de #ourbai$ los cuales son dia"ramas potencialpH. os dia"ramas de #ourbai$ son “una representación "ráfica %ue muestra las re"iones de estabilidad termodinámica de las especies en los sistemas metalelectrolito acuoso”. os dia"ramas de #ourbai$ se usan ampliamente para predecir procesos de corrosión. *ichos dia"ramas representan las áreas de estabilidad termodinámica de las especies sólidas o acuosas en función del potencial y del pH a la temperatura de inter1s. *e este modo los dia"ramas dia"ramas indican ba+o ba+o %u1 condiciones de potencial y pH el metal es estable termodinámicamente -o inmune a la corrosión/ y ba+o %u1 condiciones puede causar su disolución para formar iones -corrosión/ o su transformación en ó$idos hidró$idos hidruros o sales metálicas %ue pueden producir producir pasi!ación. 2(3
$.(. Dia)ama &e Poubai*' En %u&mica un dia"rama de #ourbai$ tra4a un e%uilibrio estable en las fases de un sistema electro%u&mico acuoso. os l&mites de iones predominantes son representados por l&neas. Como tal la comprensión de un dia"rama de #ourbai$ es similar a la del dia"rama de fase. El dia"rama tiene el nombre de arcel #ourbai$ %u&mico ruso %ue lo creó. os dia"ramas de #ourbai$ tambi1n son conocidos como los dia"ramas de EhpH debido a la rotulación de los dos e+es. El e+e !ertical se denomina Eh para el potencial de !olta+e con respecto al electrodo estándar de hidró"eno -SHE/ calculada por la ecuación de 6ernst. a 7h7 si"nifica hidró"eno aun%ue normalmente se pueden utili4ar otros elementos.
El e+e hori4ontal es la eti%ueta de pH para el re"istro de función de la concentración de iones del hidró"eno.
as l&neas de los iones se dibu+an en una unidad -alrededor de ( / y representan el e%uilibrio de la concentración. as l&neas adicionales se pueden sacar para otras concentraciones por e+emplo (0, o (08 Si bien estos dia"ramas se pueden e$traer de cual%uier sistema %u&mico es importante se9alar %ue la adición de un a"ente de unión de metal -li"ando/ a menudo se modificará el es%uema. #or e+emplo el carbonato tiene un "ran efecto sobre el dia"rama de uranio. )demás la temperatura y la concentración de iones en disolución sol!atada cambiarán las l&neas de e%uilibrio de acuerdo con la ecuación de 6ernst. :n dia"rama simplificado de #ourbai$ indica las re"iones de 7inmunidad7 7corrosión7 y 7pasi!idad7 en lu"ar de las especies estables. *e este modo dará una "u&a para la estabilidad de un metal en un entorno espec&fico. ;nmunidad si"nifica %ue el metal no es atacado mientras %ue muestra la corrosión %ue se produce el ata%ue "eneral. #asi!ación se produce cuando el metal forma una capa estable de un ó$ido u otra sal en su
superficie el me+or e+emplo es la relati!a estabilidad de aluminio debido a la capa de al
=i". 6> (. *ia"rama de #ourbai$ del hierro.
$.$. Limita!iones &e +os &ia)amas &e Poubai*' a/ ?eniendo en cuenta %ue estos dia"ramas son correlaciones termodinámicas permiten e!aluar los fenómenos corrosi!os desde este punto de !ista@ es decir se plantea la condición 6ECES)A;). Sin embar"o no se puede definir a %u1 !elocidad se está produciendo el fenómeno por lo %ue deberá complementarse el análisis con el enfo%ue C;6B?;C %ue da la condición S:=;C;E6?E. b/ a construcción de los dia"ramas de #ourbai$ se hace en el e%uilibrio y a condiciones estándar es decir a condiciones ideales@ por lo %ue los procesos corrosi!os reales %ue no están en e%uilibrio tienen muchas !eces un comportamiento diferente al predicho con a%uellos dia"ramas. c/ Estos dia"ramas si se superponen !arios de ellos su interpretación es dif&cil por la "ran cantidad de l&neas dibu+adas. 2,3
I,. E-uio. :na computadora con el software “HSC Chemistry 5.0” instalado.
,. Po!e&imiento e*eimenta+. ;nstalar el software HSC Chemistry 5.0 *espu1s de haberse instalado el software ir al escritorio y dar doble clic en el icono correspondiente a la instalación para abrir el pro"rama.
=i". 6> '. ;cono del pro"rama HSC Chemistry 5.0 )bierto ya el pro"rama esco"er de todos la opciónD Eh pH *ia"ramas necesario para la e!aluación de la capacidad %ue tienen los metales a corroerse pasi!arse o ser inmunes en ciertas condiciones de pH y potencial electro%u&mico en una solución diluida.
=i". 6> ,. #ro"rama HSC Chemistry 5.0 abierto.
?ras haber esco"ido la opciónD Eh pH *ia"ramas aparecerá el si"uiente cuadroD
Con las opciones más importantes deD Select ain Element “ seleccione elemento principal ” y como e+emplo esco"emos al Fn metálico como el principal elemento a conocer su dia"rama Eh pH. Select ther Elements “ seleccionar otros elementos” es decir los elementos %ue están en contacto con el metal principal por e+emplo si el metal estu!iera en a"ua -H '/ estos elementos serian el H y por lo cual se esco"en en la sección correspondiente.
G dar lue"o dar clic en para seleccionar las especies formadas en Select Species.
Se seleccionan las especies más comunes %ue pueden reaccionar el a"ua -H '/ con el Fn y le damos en =ile Sa!e “ guardar archivo”.
#ara lue"o dar clic en EpH %ue nos manda a un nue!o cuadro para dar al"unos parámetros al dia"rama a construir.
ue"o simplemente dar clic en dia"rama.
G con esto se forma el dia"rama Eh pH para el Fn cuando este está en un medio acuoso %ue para nuestro caso es el a"ua -H '/.
6ecesario para la e!aluación de la capacidad %ue tienen el Fn a corroerse pasi!arse o ser inmunes en ciertas condiciones de pH y potencial cuando está sumer"ido en a"ua.
En caso de ser una aleación por e+emplo CuFn se procede de la misma forma para el otro elemento aleante pero "uardando ambos dia"ramas como !ector. *ando clic en =ile y dar en Sa!e as Iector =ile.
G para combinar los dia"ramas damos clic en =ile y dar en Sa!e as Aaster =ile. Saliendo un nue!o cuadro dando clic en la opción Iiew Combine Editor
#ara tenerD
Se selecciona cada archi!os "uardado se da clic en )dd para pasarlo a Selected ;ma"es despues ir y desacti!ar la casilla :se ri"inal Colors para dar un color diferente a cada dia"rama donde se seleciona un dia"rama en Selected ;ma"es por e+emplo Cu'5 y hacer clic en 6ew Color y dar el colo deseado para nuestro caso le damos un color ro+o y para el Fn'5 un color ne"ro. ue"o ir en #re!iew Combined y apartir de ello aparece la opcion Create ;ma"e se da clic y listo dia"ramas combinados.
Combinación de dia"ramas -en caso de aleaciones e+. CuFn/
,I. Resu+ta&os. En los resultados anteriores en la práctica de laboratorio 6J 0( se tu!o las si"uientes mediciones de potencial electro%u&mico de diferentes metales a tra!1s de un electrodo de referencia CuKCuSL saturado en un medio electrol&tico de 6aCl al 'M. Este medio electrol&tico a temperatura ambiente tiene un pH li"eramente mayor N pero menor a N.5 -una base d1bil/ pero el potencial medido no está a condiciones estándar por lo cual se tiene %ue hacer la si"uiente operación. E HIDRÓGENO= ECu / CuSO 4 saturado + 0,316 V
?abla , #otencial electro%u&mico de diferentes metales.
PO"ENCIAL ELEC"RO/UIMICO ME"ALES E -Ioltios/ EJH -mI/ Ga0ito 1 23(%4 00OP P+ata 1 23%55 0((N 0',8 Lat#n 1 2.242 A!eo ino*i&ab+e 6 2.227 0,'0 Cobe 6 2.287 0,N0 A+ea!i#n Pb6Sn 6 2.%$9 0L5, :ieo 6 2.%75 0L85 A+uminio 6 2.78$ 0N8O ;in! 6 2.925 (0'5
pH del electrolito apro$. N apro$. N apro$. N apro$. N apro$. N apro$. N apro$. N apro$. N apro$. N
=uenteD Elaboración propia.
Conociendo el pH y el potencial a condiciones estándar en los dia"ramas de #ourbai$ se puede ubicar ese punto y determinar si el metal se encuentra en las si"uientes FonasD
Fona de CAAS;6 Fona de ;6:6;*)* Fona de #)S;I)C;6
Dia)amas &e Poubai* aa &i0eentes meta+es Dia)ama aa e+ ;n
;ona &e PASI,ACION
Dia)ama aa e+ Ga0ito
;ona &e CORROSION
Dia)ama aa +a P+ata
;ona &e INMUNIDAD
Dia)ama aa e+ Cu
;ona &e INMUNIDAD
Dia)ama aa e+ Lat#n
;ona &e PASI,ACION
Dia)ama aa e+ A+uminio
;ona &e PASI,ACION
Dia)ama aa e+ >e
;ona &e PASI,ACION
Dia)ama aa e+ Pb6Sn
;ona &e PASI,ACION
Dia)ama aa e+ A!eo ino*i&ab+e <>e6C6Ni=
;ona &e PASI,ACION
,II. Dis!usi#n &e esu+ta&os. os e%uilibrios %u&micos y electro%u&micos de los metales usados en el laboratorio se resumen en los dia"ramas de #ourbai$ los cuales son dia"ramas potencialpH. os dia"ramas de #ourbai$ son “una representación "ráfica %ue muestra las re"iones de estabilidad termodinámica de las especies en los sistemas metalelectrolito acuoso”. os dia"ramas de #ourbai$ se usan ampliamente para predecir procesos de corrosión@ *ichos dia"ramas representan las áreas de estabilidad termodinámica de las especies sólidas o acuosas en función del potencial y del pH a la temperatura de inter1s -en este caso se tomó '5 JC/. *e este modo los dia"ramas indican ba+o %u1 condiciones de potencial y pH el metal es estable termodinámicamente -o inmune a la corrosión/ y ba+o %u1 condiciones puede causar su disolución para formar iones -corrosión/ o su transformación en ó$idos hidró$idos -tambi1n pueden formar hidruros o sales metálicas/ %ue pueden producir pasi!ación.
,III. Con!+usiones.
•
Se lo"ró aprender a usar el software “HSC Chemistry 5.0” para elaborar
•
dia"ramas de #ourbai$ para sistemas metal – fases acuosas . Se lo"ró determinar ba+o condiciones de pH y E determinados si el metal
•
permanece inmune a la corrosión se corroe o forma productos %ue lo #asi!an. Se lo"ró e!aluar el comportamiento de !arios metales y aleaciones -latón #b Sn acero ino$idable/ ba+o condiciones de pH y E determinados en un sistema metal – fases acuosas .
IX. Re0een!ias bib+io)?0i!as. @% CONS"RUCCIÓN DE DIAGRAMAS DE POURBAIX *isponible enD httpDKKriunet.up!.esKbitstreamKhandleK(0'5(K(,N0OKConstrucciMC,MQ,nM'0dia"ramas M'0deM'0#ourbai$.pdf ConsultadoD (5K0OK'0(,
@( DIAGRAMA DE POURBAIX *isponible enD httpDKKwww.slideshare.netKRose#alacios((Kdia"ramadepourbai$ ConsultadoD (5K0OK'0(,
@$ "ERMODINMICA DE LA CORROSIÓN *isponible enD httpDKKrua.ua.esKdspaceKbitstreamK(00L5KP',0K(KCorr?emaL.pdf ConsultadoD (5K0OK'0(,
