Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Departamento de Ingeniería Química Petrolera Laboratorio de Electroquímica y Corrosión Practica #4 "Celda por emperatura! Concentración! Daniels Proesor$ %oberto %oberto Casillas &u'o( )rupo$ *P&+, -lumnos$ .Castillo Espinosa Luis -lberto .)óme( /i0anco 1orge -lberto .)ordillo %ui( &ildred Elaine .&aldonado 23nce( 1oel -rmando .%amíre( 1u3re( /íctor &anuel ./ictoria Cru( 2al0ador 5eca de Entrega$ 67 8 69 8 *6,+
OBJETIVO Identificar y determinar las variables que intervienen en el fenómeno de corrosión, así como reconocer los métodos adecuados para su prevención mediante la construcción de sistemas que muestran diferentes tipos de corrosión.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS •
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Reproducir diferentes tipos de corrosión Establecer la relación que hay entre el potencial de corrosión y la capacidad de un sistema para generar corrosión. Identificar a las variables que intervienen en el proceso de la corrosión. Explicar el comportamiento de diversos materiales metlicos !pares galvnicos en diferentes medios corrosivos."
Sustancias y soluciones. •
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#olución de ferroxilina $cido sulf%rico al &' o al ()'
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*idróxido de sodio &' o al ()'
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+loruro de sodio &' o al ()'
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#olución de fenolftaleína
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gua destilada
MATERIAL. • • • • • • • •
- vaso de precipitados de /)ml ( puente salino 0arrilla de calentamiento +ristali1ador 2aminas delgadas de cobre, hierro, 1inc, níquel, plomo, etc. ( voltímetro electrónico de alta impedancia ( electrodo de referencial de calomel saturado ( termómetro
MARCO TEÓRI CO
2a corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. 3e manera ms general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma ms estable o de menor energía interna. #iempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica !oxidación", la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. 4tros materiales no metlicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. El proceso de corrosión es natural y espontneo.
56 celda electroquímica es una combinación del tipo siguiente7
Conductor
Conductor
Conductor
electrnico
inico
electrnico
!"etal#
!electrolito#
!"etal#
En ella pueden tener lugar procesos electroquímicos con el paso de una corriente eléctrica. #i la celda electroquímica produce energía eléctrica, causada por el consumo de energía química, se dice que tenemos una celda galvánica o pila. #i, en cambio, la celda electroquímica consume corriente de una fuente de corriente externa, almacenando como consecuencia energía química, se dice que tenemos una celda electrolítica. lgunas celdas galvnicas reciben nombres especiales. 5na celda de corrosión es una celda o pila galvnica en la cual las reacciones electroquímicas que tienen lugar conducen a la corrosión. 5na celda de corrosión de dimensiones muy peque8as por e9emplo !: ).( mm" se conoce como celda de acción localizada o microcelda galvánica. 2as celdas locales o micropilas se dan, por e9emplo, en aleaciones multifsicas o en metales con recubrimientos que presentan buena conductividad eléctrica o en inclusiones de óxidos, sulfuros, carbón, etc. 2a acción de estas celdas a menudo conduce a un ataque locali1ado, tal como picaduras o corrosión ba9o tensión.
$EFI%ICI&% $E '%O$O ( C'TO$O 0ara la notación de los dos electrodos en una celda electroquímica !galvnica o electrolítica" son vlidas las siguientes definiciones generales7 El ánodo es el electrodo en el cual, o a través del cual, la corriente positiva pasa hacia el electrolito. El cátodo es el electrodo en el cual entra la corriente positiva proveniente del electrolito. ;eneralmente, se toman como vlidas las siguientes reglas7
(" 2a reacción anódica es una oxidación y la reacción catódica una reducción. " 2os aniones !iones negativos" migran hacia el ánodo y los cationes !iones positivos" hacia el cátodo. *ay que hacer notar que particularmente en una celda galvnica, por e9emplo en una pila seca !" al !?" en el circuito externo, mientras que dentro de la celda, la corriente positiva fluye del !?" al !>".
Ti)os de corrosin Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la corrosión, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente un proceso electroquímico.
Corrosin *u+"ica En la corrosión química un material se disuelve en un medio corrosivo líquido y este se seguir disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el líquido y dems para todos. 2as aleaciones base cobre desarrollan una barni1 verde a causa de la formación de carbonato e hidróxidos de cobre, esta es la ra1ón por la cual la Estatua de la 2ibertad se ve con ese color verdu1co.
Ata*ue )or "etal l+*uido 2os metales líquidos atacan a los sólidos en sus puntos ms altos de energía como los límites de granos lo cual a la larga generar varias grietas. Li,i-iacin selecti-a +onsiste en separar sólidos de una aleación. 2a corrosión grafítica del hierro fundido gris ocurre cuando el hierro se diluye selectivamente en agua o la tierra y desprende cascarillas de grafito y un producto de la corrosión, lo cual causa fugas o fallas en la tubería. $isolucin y o,idacin de los "ateriales cer"icos 0ueden ser disueltos los materiales cermicos refractarios que se utili1an para contener el metal fundido durante la fusión y el refinado por las escorias provocadas sobre la superficie del metal. Ata*ue *u+"ico a los )ol+"eros 2os plsticos son considerados resistentes a la corrosión, por e9emplo el teflón y el vitón son algunos de los materiales ms resistentes, estos resisten muchos cidos, bases y líquidos orgnicos pero existen algunos solventes agresivos a los termoplsticos, es decir las moléculas del solvente ms peque8as separan las cadenas de los plsticos provocando hincha1ón que ocasiona grietas.
Ti)os de corrosin electro*u+"ica Celdas de co")osicin #e presentan cuando dos metales o aleaciones, tal es el caso de cobre y hierro forma una celda electrolítica. +on el efecto de polari1ación de los elementos aleados y las concentraciones del electrolito las series fem qui1 no nos digan qué región se corroer y cual quedara protegida. Celdas de es/uer0o 2a corrosión por esfuer1o se presenta por acción galvani1a pero puede suceder por la filtración de impure1as en el extremo de una grieta existente. 2a falla se presenta como resultado de la corrosión y de un esfuer1o aplicado, a mayores esfuer1os el tiempo necesario para la falla se reduce. Corrosin )or o,+1eno Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxígeno diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión elevada ! e9emplo7 calderas de vapor". 2a corrosión en las mquinas térmicas !calderas de vapor" representa una constante pérdida de rendimiento y vida %til de la instalación.
Corrosin "icro2iol1ica Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. lgunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metlicas sumergidas. #e han identificado algunas especies hidrógeno?dependientes que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. #u acción est asociada al pitting !picado" del oxígeno o la presencia de cido sulfhídrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias. Corrosin )or )resiones )arciales de o,+1eno El oxígeno presente en una tubería por e9emplo, est expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es ms aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El rea su9eta a menor aireación !menor presión parcial" act%a como nodo y la que tiene mayor presencia de oxígeno !mayor presión" act%a como un ctodo y se establece la migración de electrones, formndose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosión es com%n en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno. Corrosin 1al-nica Es la ms com%n de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí act%an como nodo uno de ellos y el otro como ctodo. quel que tenga el potencial de reducción ms negativo proceder como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción ms positivo proceder como una reducción.
DESARROLLO EXPERI MENTAL
Celda de electrodo diferente.
%eali(ar procedimiento anterior 4 o + 0eces;
Celda de temperatura.
2umergir di#erentes tipos de electrodos en di#erentes muestras de electrolitos con p: di#erente;
2e agrega mas concentración y sul#ato de cobre y se 0uel0e a medir el 0olta
2e construye la celda al igual que la concentración;
omar los 0alores de los 0olta
2e agrega cierta cantidad de sul#ato de cobrea la misma concentración y se mide el 0olta
Colocando en este lugar solución de cloruro de sodio y electrodos de =erro;
Celda de concentración;
2e construye la celda de concentración con * semiceldas y un puente salino;
2e mide el 0oltaC de aumento de temperatura;
Tabl asdeRes ul t ados
Celda de concentracin +todo
$nodo
0otencial !m@"
+u +u +u +u
+u +u +u +u
).A= ).=) ).=( ).=
@olumen agregado !m2" ) -) B) A)
gR!IC" #E CE$#" #E Concentración Potencial /s Concentración 6;7? 6;7*
6;7*
6;7* 6;7,
6;7,
6;7, Potencial m/
6;7
6;7
6;7 6;A7
6;A7
6;A7 6;AA 6;AA ,6
*6
?6
46
+6
@6
96
A6
76
/olB&E -gregado
Celda de te")eratura. $nodo
+todo +u +u +u +u +u
0otencial !m@" )./B )./B ).-B )./) )./
Cemperatura D+ = -&= &-
gR!IC" #E Celda de temperatura Celda de temperatura 6;@ 6;+
6;4@
6;4 Potencial m/
6;? 6;* 6;, 6 *6
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Celda de electrodo di/erente.
46
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2
Potenci al
C3tod o
nod o
6;+A /
Cu
-cero 6;*, /
Cu
,;?@ /
Cu
-l
,;*7 / 6;97 / 6;49 /
Cu Cu Cu
nF5 6;69 / e 6;*4 / n 6;*A / 5e
OBSERVACIO%ES.
Potencial C3tod o
6;6A /
NaCl
O4
nod o
Poten cial
C3todo
nod o
-l
,;*7 /
Cu
5e
-cero Cu
,;*@ /
Cu
-cer o
5e Cu Cu
,;@@ / ,;@@ / ,;?@ /
Cu Cu Cu
-l nF 5e n
Cu n nF5 e
En esta prctica pudimos observar que la corrosión es de naturale1a electroquímica. dems de que en el proceso de corrosión hay oxidación y reducción, el metal mismo conduce electricidad. 3e este modo, los electrones se despla1an a través del metal desde una región donde hay oxidación hasta otra donde hay reducción, como en las celdas voltaicas. #e observó también que factores tales como, temperatura, concentración, tipo de solución e incluso con el material con el que se esté traba9ando, son factores que afectaran en la incitación a promover una corrosión lenta o rpida. sí como reconocer los sistemas que favorecern a controlar este proceso.
CO%CL3SI&%ES. En el proceso de la experimentación se observa cómo se lleva a cabo el fenómeno de la corrosión, el cual consiste en alcan1ar el estado ms estable del metal. su ve1 se identificaron y determinaron las variables que intervienen en éste y cuales provocan mayor afectación o con cual pueden ser evitados estos da8os. El proceso de corrosión debe ser visto como un hecho que pone el proceso natural de que los metales vuelven a su condición primitiva y que ello conlleva al deterioro de los mismos. En este proceso se busca la investigación y el planteamiento de fórmulas o tratamientos que permitan alargar la vida %til de los materiales sometidos a estos procesos. 3urante la corrosión se vieron diferentes tipos de corrosión y con esto diferentes tipos de ph, variando el diferencial de potencial de cada celda comparando un metal con el otro y la forma de corrosión que existe en cada material con diferentes soluciones.
Cast illo Espinosa Luis -lberto;
