¿De qué factores depende la corrosión del hierro?

Investigando ¿De qué factores depende la corrosión del hiero? IES Alonso Quesada Francisco Martínez Navarro

Grupo Curie. 4ºA. IES Alonso Quesada.

Mayo del 2005

Cristina Santiago Barrera Desirée Santana RodríguezCatherine Mendoza Marrero Cynthia Machín Pérez

Profesor Coordinador: Francisco Martínez Navarro· Este trabajo ha sido presentado para optar a los II Premios de investigación Blas Cabrera Felipe

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¿DE QUÉ FACTORES DEPENDE LA CORROSIÓN DEL HIERRO?


1. Introducción: Investigación realizada

El Objetivo de esta investigación ha sido estudiar de qué factores

depende la corrosión del hierro. Para ello nuestras hipótesis principales han sido que el hierro se oxida mucho más fácilmente en presencia de oxígeno, humedad (vapor de agua), salitre (sal común) y en medio ácido.

Para controlar todas estas variables hemos diseñado un plan experimental, diseñando más de 30 experiencias controladas sometiendo a 22 clavos de hierro a diferentes condiciones. Analizando en cada caso los resultados obtenidos.

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2.1 ¿Qué es la corrosión del hierro?Es la interacción del hierro con el medio que lo rodea (oxígeno y humedad), produciéndose el consiguiente deterioro del mismo en sus propiedades tanto físicas como químicas, al formarse el herrumbre o

hidróxido de hierro. Las características fundamentales de este fenómeno, son: Ocurre en presencia de un electrolito (como las sales), ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas anódicas y catódicas: una reacción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal.

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2.2 La corrosión nunca duerme

La corrosión del hierro es permanente, actúa durante las 24 hrs del día. Es responsable de la oxidación de tuberías, conductos de gas, etc., constituyendo a veces un grave peligro. El oxígeno, la humedad y la sal del medio, en los lugares costeros están en continuo contacto con el metal, produciéndose una constante corrosión de los

mismos. Un caso muy cercano es la rápida corrosión de los vehículos que se encuentran próximos al mar, debido al contacto permanente con el salitre, en presencia del oxígeno.

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La corrosión es imparable, esta en continuo movimiento y no descansa nunca. En la actualidad existen nuevos avances para evitar o al menos retrasar la corrosión.

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3. ¿Cómo evitar la corrosión? La manera más simple de evitar la corrosión es formar una barrera entre el metal y la atmósfera. Esta puede ser:

una capa de pintura (pinturas de minio: óxido de plomo) una capa de aceite (grasas, plásticos sintéticos)

Otra forma consiste en recubrir el hierro de una fina capa de otro metal, más activo frente al oxígeno, como el cinc o cromo (hierro galvanizado). Normalmente Se forma una pila electroquímica, donde el metal más activo hace de ánodo de sacrificio y se oxida, así se protegen las tuberías subterráneas de hierro, que quedan protegidas catódicamente.

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1. Diseño experimental

Material Necesario Reactivos22 tubos de ensayo 30 clavos de hierro agua3 gradillas para tubos de ensayo Laminas de Zn Sal (Na Cl)Cucharas de plástico Alambre de cobre Ca Cl2Pinzas Plomo NaOHtapones Papel de estaño (Platina) Aceite de oliva6 frascos con tapa Agua destilada Coca cola Algodón Bebida energética (Red Bull)3 velas Vinagre1 afilador de metal Vaselina1 afilador de plástico Brillo de uñasetiquetas

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Memoria del trabajo de investigación

1. Presentación e introducción del trabajo.

2. Planificación del trabajo para realizar la investigación. 2.1. Calendario de trabajo.2.2. División de tareas.

3. Análisis del interrogante o problema e interés del mismo. 4. Búsqueda y selección de información sobre la pregunta o problema objeto de

investigación.

5. Emisión de hipótesis de trabajo. Fundamentación teórica de las mismas.

6. Diseño experimental para contrastar las hipótesis. 6.1. Procedimiento experimental.6.2. Material necesario.6.3. Toma de datos y tratamiento de los mismos.

7. Descripción de las tareas y experiencias realizadas

8. Análisis de los resultados.

9. Conclusiones del trabajo.

10. Perspectivas abiertas por la investigación.11. Bibliografía

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2. Planificación del trabajo para realizar la investigación2.1 Calendario de trabajo

Día y hora de reunión Tareas a realizarMartes 25 enero a las 10.45 Puesta en común de la información y planificación del trabajo a realizar.Miércoles 2 febrero a las 10:45 Ver como van las actividades realizadas y fecha de la próxima reunión.Miércoles 23 febrero a las 18:00 Decidir quién trae información sobre cada tarea.Martes 8 marzo a las 10:45 Traer información para orientarnos y saber qué experimentos podríamos

hacer y con qué material.Viernes 11 marzo a las 10:45 Hipótesis y planteamiento de la lista de objetos que tenemos que traer

para hacer el experimento.Viernes 18 marzo a las 11:00 Traer materiales y hacer experimento.Jueves 31 marzo a las 10:45 Observar como han quedado los clavos después del experimento y tras la

Semana Santa. Trece días después. Realizar observaciones y tomar nota.Viernes 1 abril a las 10:45 Terminar de observar como han quedado los clavos.Jueves 7 abril a las 10:45 Plantear quién se encarga de diversas tareas y terminar de tomar nota

sobre conclusiones que hemos sacado. Jueves 14 abril a las 10:45 Presentación de las tareas hechas e ir preparando el informe. Lunes 18 abril a las 10:45 Presentación de las tareas restantes.Miércoles 20 abril a las 10:45 Hacer boceto de un trabajo en cartulina que haremos para el instituto y

que presentaremos en éste.Martes 26 abril a las 10:45 Hacer trabajo de la cartulina.Miércoles 27 abril a las 10:45 Continuar haciendo el trabajo.

2.2 División de tareas

Investigadores Tareas1. Cristina Santiago Buscar información de las act. 4 y 5 de 1. Presentación e

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Barrera introducción del trabajo; hacer tarea nº 4. Búsqueda y selección de información… y la nº 8. Análisis de los resultados. Trabajo de la cartulina o mural: ¿Cómo evitar la corrosión?

2. Dessirée Santana Rodríguez

Buscar información de las act. 2 y 5 de 1. Presentación e introducción del trabajo, hacer tarea nº 3. Análisis del interrogante o problema… y la nº 7. Descripción de las tareas… Trabajo de la cartulina o mural: ¿Qué es la corrosión del hierro?

3. Cynthia Machín Pérez

Buscar información de las act. 3 y 5 de 1.Presentación e introducción del trabajo, hacer tarea nº 2. Planificación del trabajo para realizar… y la nº 5. Emisión de hipótesis de trabajo…Trabajo de la cartulina o mural: Conclusiones de la investigación.

4. Catherine Mendoza Marrero

Buscar información de las act. 1 y 5 de 1.Presentación e introducción del trabajo, hacer tarea nº 1. Presentación e introducción del trabajo y la nº 6.Diseño experimental para contrastar la hipótesis. Trabajo de la cartulina o mural: La corrosión nunca duerme.

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3.1 Diseño experimental

Tubo Descripción Hipótesis Observaciones Conclusión

1 Clavo solo Ensayo en blanco Se oxida poco y forma corrosión muy

lentamente

Se oxida un poco y lentamente.

2 Clavo con brillo Pensamos que se oxida menos

Se oxido menos El brillo protege

3 Clavo con laca de uñas rosa

Pensamos que se oxida menos

Se oxido menos La laca protege

4 Clavo con vaselina Pensamos que se oxida menos

Se oxido menos La vaselina protege

5 Clavo mojado con aceite Pensamos que se oxida menos

Se oxido menos El aceite protege

6 Clavo mojado con vinagre

Creemos que se oxida más rápido

Se oxida más rapido El medio ácido favorece la corrosión

7 Frasco con clavo y CaCl2

(deshidratante) Se oxida menos El CaCl2 lo utilizamos

para quitar la humedad

Sin humedad no hay corrosión.

8 Frasco con clavo y vela encendida (cerrado)

Se oxida menos La vela la utilizamos para quitar O2

Sin oxígeno no hay corrosión

9 Frasco con clavo, vela encendida y CaCl2

(cerrado)

Se oxida menos Intentamos quitar humedad y O2

Sin oxígeno y humedad no hay corrosión

En Líquid

os

Mitad sumergido / sumergido total

2 clavos1 pequeño/1 mediano

10 Clavo en agua destilada Se oxida pero poco y tarda Se oxida más el parcialmente sumergido

Se oxida más el parcialmente sumergido

11 Clavo en disolución saturada de sal y agua

Se oxida más Se oxida más que en agua pura.

El agua salada concentrada

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destilada favorece la corrosión

12 Clavo en disolución diluida de sal y agua

destilada

Creemos que se oxida más pero no tanto como la

anterior

Se oxida más que en agua pura.

El agua salada favorece la corrosión

13 Clavo en Coca Cola Pensamos que se oxida más

Se oxida mas que en agua

La coca cola favorece la corrosión

14 Clavo en Red Bull Se oxidad más Se oxida mas que en agua

El Red Bull favorece la corrosión

15 Clavo en vinagre Pesamos que en medio ácido s

El medio ácido favorece la corrosión.

2 tubosSin sal / Con sal

Se oxida más en medio ácido y salado.

Se oxidad más en la sal.

La sal favorece la corrosión

16 Clavo con lámina de Al No se oxida No se oxida. El al protege la corrosión.

17 Clavo con alambre de Cu El cobre no sirve de protección, es poco activo, menos que el hierro

Se oxido. El cobre no protege de la corrosión. Es poco activo.

18 Clavo con clip El clip no protege de la corrosión

19 Clavo envuelto en platina No se oxida No se oxido La platina protege de la corrosión.

1 tubo20 Clavo con lámina de Zn Protección andota no se

oxidaNo se oxido El cinc proteg de la

corosión.

21 Clavo con NaOH (base) En medio básico se oxida menos

Ver como influye el PH (PH=14) No se oxido

No se oxido

Experencia final

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22 7 clavos con HCl (ácido clorhídrico concentrado)

Los clavos van a desaparecer

(Fe+2HClFeCl2+H2)

Ver como influye el PH (PH=1)

Se oxidan y reaccionan con él.

23 Afiladores de metal y de plástico

Se oxidara ates la cuchilla del de plástico

Se oxido más el de pl´stico

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4. CONCLUSIONES DE LA INVESTIGACIÓN

1. El oxigeno del aire y la humedad son los responsables de la oxidación del hierro, de su corrosión, de la formación del herrumbre [hidróxido de hierro (III). Según las reacciones químicas

(1) Hierro + Oxigeno Óxido de hierro (III)4 Fe + 3O2 2 Fe2O3

(2) Óxido de hierro (III) + Agua Hidróxido de hierro (III)Fe2O3 +3 H2O 2 Fe(OH)3

2. La sal común y los ácidos potencian la corrosión. En presencia de sal común y del medio ácido la corrosión del hierro aumenta3. Protegen la oxidación del hierro y su posterior corrosión:

La ausencia de oxígeno. La ausencia de humedadEl medio básico. Recubrimiento con pinturas o aceites. La protección metálica del hierro, en contacto con el cinc u otros metales más activos (protección anódica).

EXPERIENCIA DE LOS AFILADORESAfiladores: 1 afilador de metal y 1 de plástico dentro de frascos con agua y sal.

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Hipótesis: en el afilador de metal se va a oxidar antes el protector que la cuchilla y en el de plástico como no tiene protector se oxidará la cuchilla.Observaciones: no observamos muchas diferencias al cabo de 10 minutos, así que lo dejamos que actúe una semana más.Después de Semana Santa, pasados unos 10 días, se podía observar como la cuchilla del afilador metálico no había sido oxidada a pesar de haberse sometido a la humedad y al salitre de una disolución salina.La cuchilla del afilador de plástico en las mismas condiciones se oxida mucho más.¿Qué cuchilla de afilador se oxida antes?

INSTRUCCIONES: Sumerge cada uno de los sacapuntas en un vaso de agua con bastante cantidad

de sal. A los pocos segundos, en el sacapuntas metálico, observarás un desprendimiento

de burbujas. Pasados unos minutos sácalos del agua salada, sécalos y observa el estado en

que han quedado tanto el metal como la hoja de acero.

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Vuelve a introducir los dos sacapuntas en el agua salada, déjalos sumergidos un par de días y observa lo que ocurre.

¿Qué ha ocurrido? ¿Qué diferencias encuentras entre las cuchillas de acero de los dos afiladores?EXPLICACIÓN y CONCLUSIONESAlgunas marcas de afiladores añaden el metal magnesio para la construcción del soporte (metálico), mientras que la hoja de corte es de acero al igual que en todos los sacapuntas. Cuando sumerges el sacapuntas en el agua salada, el gas que se desprende es hidrógeno formado por la reacción entre el magnesio y el agua. El metal magnesio se oxida, pero no se oxida el acero de la hoja de corte. El magnesio ha actuado de protector del acero. En el otro sacapuntas, el de plástico, la cuchilla no tiene protección.Con éste experimento podrás darte cuenta de cómo se usan metales "de sacrificio" para evitar la corrosión de las estructuras de acero que están en contacto con agua salada, como el casco de los barcos, o en ambientes que favorecen la oxidación del hierro.Cuando hay dos metales en contacto, uno de ellos actúa de "protector" contra la corrosión del otro.

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Bibliografía básica consultadaLópez, J., López, R y Cardenote, S., Carmona, J (2000). Técnicas experimentales de laboratorio. 4º de la ESO. Madrid. Mc Graw Hill.Piñar, I. (2003) Física y Química. 4º de la ESO. Vizcaya. Oxford Educación.

Webgrafíahttp://www.educa.aragob.es/cprcalat/excorrosion.html

Protección Corrosiónhttp://www.arqcon.com.ar/pprof/ppcorrosion1.htmTratamiento corrosiónhttp://www.lenntech.com/espanol/tratamiento-corrosion.htm

Materiales dentales y aceros en ortodonciahttp://www.odontologia-online.com/estudiantes/trabajos/varios/vs01.html

Estudio del hierrohttp://html.rincondelvago.com/el-hierro.html

Quit para el estudio de la corrosiónhttp://www.tecnoedu.com/Armfield/CEQ.php

Propiedades del hierrohttp://www.prodigyweb.net.mx/degcorp/Quimica/Hierro.htm

Corrosiónhttp://www.fi.uba.ar/materias/6303/Corrosion.pdf

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¿De qué factores depende la corrosión del hierro?

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