ELECTRO QUIMICA Y CORROSION

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

Laboratorio de Electroquímica y Corrosión

Reporte Experimental 6: Corrosión

Equipo 3

Integrantes:

Delgado Rivas Gerardo Flores Pérez María del Rosario Galicia Pérez Miriam Jazmine Ríos Cuevas Diana Patricia Torres Ramírez Erika

Carrera: Ingeniería Química

Periodo: 2015 - II

Profesora: Martínez Cruz Graciela

Grupo: 2401-B

Fecha de entrega: 12 de mayo 2015

Objetivos

Apreciar experimentalmente el fenómeno de corrosión.

Analizar factores que influyen en el fenómeno.

Determinar la velocidad de corrosión en diferentes medios.

Introducción

Se denomina corrosión al ataque destructivo que sufre un material, generalmente metálico, por reacción química o electroquímica con su medio ambiente (atmósfera, suelo, agua, etc.). Podemos definir también a la corrosión como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. Además, la corrosión depende de diversos factores: Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, la salinidad del fluido en contacto con el metal y las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. Los más conocidos son las alteraciones químicas de los materiales a causa del aire.

Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).

Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante. La corrosión es un campo de las ciencias materiales que invoca a la vez nociones de química y física. La corrosión de los metales es un fenómeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinámica de la mayoría de los metales, aunque existen algunas excepciones.

En este informe veremos detalladamente el estudio de la corrosión y como ocurre este fenómeno en distintos tipos de metales, condiciones y medios. Así determinaremos la velocidad de corrosión en cada uno de los sistemas planteados.

Generalidades

Metodología experimental

Equipo, materiales y reactivos utilizados:

Material Equipo Reactivos4 Vasos de precipitados de

10 mL 1 Parrilla con termostato NaCl 50 mL 0.1 %

2 Vasos de precipitados de 20 mL

50 mL 10%

2 Termómetros HCl 25 mL 1 N1 Caja de petri NaOH 25 mL 0.5

N3 Matraces de 10 mL K

4Fe(CN)6

Gotas al 2%

3 Puentes salinos Láminas 2.5 cm x 0.5 cm

6 Caimanes 1 AluminioAlambre para conexiones 3 Hierro

1 Lija de agua 1 CobreCinta adhesiva 1 Clavo

1 Piseta Fenolftaleína (gotas)2 Matraces volumétricos

de 25 mL Etanol2 Matraces volumétricos

de 50 mL Agar-Agar

Procedimiento experimental:

1. Se limpiaron perfectamente todas las láminas:a) Para eliminar óxidos.b) Se enjuagaron con etanol.c) Se pesaron las láminas lo más exacto posible.

2. Se preparó la solución de agar-agar se la siguiente forma:Se calentaron a ebullición 30 mL solución de NaCl al 10% y se agregaron 0.5 g de agar-agar, además se vertieron las gotas de ff y de fc y se vació en caliente sobre el clavo.

3. Posteriormente se construyeron las siguientes celdas:

Sistema I Sistema II

Se observaron los cambios producidos en cada sistema. Se dejó al menos por 20 minutos.

a) Se anotaron y se reportaron los resultados.b) Cuidamos que los caimanes no tocaran la solución.

4. Además se construyeron los sistemas:

Sistema III Sistema IV

a) Se observaron los cambios producidos en los sistemas.b) Secamos, limpiamos y pesamos las placas.c) Las observaciones fueron registradas en la tabla de resultados.d) Finalmente, construimos los sistemas I, II y III, calentando entre

40-45oC. Seportaron todas las observaciones.

Vaciamos las soluciones que contienen hierro en el recipiente asignado para su confinamiento. Se neutralizó el NaOH con el HCl y lo vaciamos en la tarja.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. En cada celda o sistema justifique los fenómenos observados.

Sistema I

OBSERVACIONESA temperatura ambiente A temperatura entre 40°-45°C

El vaso 1 se fue tornó de color azul con el paso del tiempo.

El vaso 2 se fue tornó de color rosa con el paso del tiempo.

En el vaso 1 fue disminuyó levemente el color azulEn el vaso 2 el color rosa se mantuvo como se encontraba al inicio a temperatura ambiente.

*vaso 1: placa de hierro en la solución de NaCl al 0.1%+ ff+fc

*vaso 2: placa de hierro en la solución de NaCl al 10% + ff+fc

Por lo tanto, estos cambios indican que la corrosión depende de la concentración de la sustancia que corroe al metal ya que se observó que en la celda de la placa fierro sumergida en el NaCl con más concentración (al

10%) se notó más la corrosión por la rapidez y el color que presentó, pero también se observó que a altas temperaturas se nota más y rápidamente la corrosión debido a que la temperatura es un factor que incrementa la corrosión.

Sistema II


En el vaso 1 no se notó ningún cambio

El vaso 2 se tornó de color azul petróleo y con el paso del tiempo se fue intensificando el color.

En vaso 1 la solución se volvió de un color ligeramente amarillo.

En el vaso 2 se observó que hubo precipitación del cobre.

*vaso 1: placa de hierro en la solución de NaCl al 10% + ff+fc

*vaso 2: placa de cobre en la solución de HCl al 1N + ff+fc

En este sistema se puede explicar que en el vaso 2 donde se encontraba el cobre se vio una coloración azul debida al desprendimiento de los iones de cobre que se fueron disolviendo y al aumentar la temperatura la corrosión o deterioramiento de la placa se vio más acelerada y por ello se puedo observar precipitado, y en el vaso 1 con la placa de hierro se concluyó que las condiciones generales no fueron las necesarias para notar la corrosión de la placa.

Sistema III


En cuanto se introdujo la placa de aluminio la solución se tornó de color blanco.

Se pudo observar que cuando se metía la placa de aluminio se empezó a oxidar la placa ya que se hacían burbujas y se tornó la placa de color negro.

En este sistema inicialmente (a temperatura ambiente) no se apreciaron cambios muy notables en la coloración ni en la corrosión de la placa debido a que no se le aplico indicadores al sistema aunque la disolución se encontraba a una concentración alta, sin embargo cuando se aumentó la temperatura entre 40°-45°C se pudo observar muy claramente la corrosión porque como se ya mencionó la temperatura en un factor que favorece la corrosión y más aún cuando también se cuenta con una concentración alta de la sustancia corrosiva.

Sistema IV

Al observar el clavo en la solución de agar-agar que se dejó

reposar por días, se notó que la solución de agar-agar tomó una forma gelatinosa y alrededor del clavo se formó una serie de tonalidades color azul, rosa y café.

Esta variación de colores indica que el clavo no se corroe uniformemente y esto es debido a que el clavo es una aleación de varios metales, por ejemplo la coloración rosa que es correspondiente a la corrosión del hierro se observó en puntos aleatorios del clavo.

Así, un clavo de acero, que en su mayor parte es hierro, se corroe primero en la punta y en la cabeza.

2. Explique cómo se comporta cada uno de los metales involucrados en cada sistema. Proporciones las reacciones que se llevan a cabo en cada uno de ellos.

Sistema 1

Fe−−−−−−−−−−Fe (II )+2e−¿ ¿

Fe2+¿+2C l−¿−−−−−−−−−−−FeCl2(blanco) ¿¿

2C l−¿+Fe−−−−−−−−−−−FeC l2¿

La placa de metal en la solución más concentrada es la que actúa como cátodo

Sistema 2

El Cobre se comporta como reductor, porque se oxida. El Fierro se comporta como oxidante porque se reduce.

Fe0−2e→Fe2+¿¿

Cu0−2e→Cu2+¿¿

Sistema 3

A l0−3e−¿−−−Al3 +¿¿ ¿

Al+3NaOH−−−−Al¿

Al3+¿+4OH−¿↔Al ¿¿ ¿ 2H+¿↔H 2¿

2H 2O↔2H+¿+2OH−¿¿¿

2H 2O↔H 2+2OH−¿¿

8H 2O+2 Al↔2 Al¿

6e−¿+6 H2O↔3H 2↑+6OH−¿¿ ¿

14H2O+2 Al↔2 Al¿

Sistema 4

En el sistema el Fe se comporta como el agente reductor debido a que el medio corrosivo donde fue colocado provoca una oxidación en él.

Fe0−2e→Fe2+¿¿

Sabemos que no todo el calvo está constituido por Fe pero es lo que se correo en la aleación pero no uniformemente.

2(Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2e-) (oxidación, ánodo)

O2 (g) + H2O(l) + 4 e- → 4(OH)-(aq) (reducción, cátodo)

________________________________________

2Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) → 2Fe2+(aq) + 4(OH)-(aq) (reacción global)

3. Justifique ¿Qué reacción sufre la fenolftaleína y por qué el cambio de coloración?

El efecto de la fenolftaleína, se observó cualitativamente por el cambio de coloración a rosa intenso, que es la coloración de está en medio básico o alcalino. Como sabemos la corrosión en los metales es debida a una reacción oxido-reducción, lo mismo sucede con la fenolftaleína, al estar en contacto con la reacción quedan en ella iones hidroxilo, los cuales provocan el cambio de coloración de la fenolftaleína (a color rosa), que ya se encuentra en un medio básico.

2e−¿+H 2O+12O 2⇌ 2OH

−¿ ¿¿

4. Calcule las velocidades de corrosión en cada uno de los sistemas ¿A qué tipo de corrosión pertenecen?

Sistema I

A temperatura ambiente

Placa Fe(1) Placa Fe(2)Masa Inicial(gr) Masa Final (gr) Masa Inicial(gr) Masa Final(gr)4.4333 4.4331 4.6845 4.6869

Vcorrosión=∆mt

=mfinal−minicial

t

Para la placa de Fe (1)

v=∆mt

=4.4333gr−4.4331gr20min

=0.00001 grmin

Conversión para pasar de grmin a mgdía

0.00001 grmin ( 1000mgr1 gr )( 60min1hr )( 24hr1día )=14.4 mgrdía

v=14.4 mgrdía

Para la placa de Fe(2)

v=∆mt

=4.6869gr−4.6845 gr20min

=0.00012 grmin


0.00012 grmin ( 1000mgr1 gr )( 60min1hr )( 24hr1día )=172.8mgrdía

v=172.8mgrdía

A temperatura entre 40°-45°C

Placa Fe(1) Placa Fe(2)Masa Inicial(gr) Masa Final (gr) Masa Inicial(gr) Masa Final(gr)4.4277 4.4343 4.6805 4.6847


v=∆mt

=4.4343gr−4.4277 gr20min

=0.00083 grmin


0.00083 grmin ( 1000mgr1gr )( 60min1hr )( 24hr1día )=1195.2 mgrdía

v=1195.2 mgrdía


v=∆mt

=4.6847gr−4.6805 gr20min

=0.00021 grmin


0.00012 grmin ( 1000mgr1 gr )( 60min1hr )( 24hr1día )=302.4 mgrdía

v=302.4 mgrdía

*TIPO DE CORROSIÓN: Corrosión Por Concentración.

Sistema II


Placa Fe Placa CuMasa Inicial(gr) Masa Final (gr) Masa Inicial(gr) Masa Final(gr)4.9003 4.9035 4.0022 4.0029

Para la placa de Fe

v=∆mt

=4.9035gr−4.9003 gr20min

=0.045025 grmin


0.045025 grmin ( 1000mgr1gr )( 60min1hr )( 24hr1día )=64836 mgrdía

v=64836 mgrdía

Para la placa de Cu

v=∆mt

=4.0029gr−4.0022gr20min

=0.000035 grmin


0.000035 grmin ( 1000mgr1gr )(60min1hr )( 24hr1día )=50.4 mgrdía

v=50.4 mgrdía


Placa Fe Placa CuMasa Inicial(gr) Masa Final (gr) Masa Inicial(gr) Masa Final(gr)4.8986 4.9003 3.9943 3.997

Para la placa de Fe

v=∆mt

=4.9003gr−4.8986 gr20min

=0.000085 grmin



v=122.4 mgrdía

Para la placa de Cu

v=∆mt

=3.997 gr−3.9943 gr20min

=0.000135 grmin



v=194.4 mgrdía

*TIPO DE CORROSIÓN: Corrosión Galvánica

Sistema III


Placa AlMasa Inicial(gr) Masa Final (gr)2.0987 2.0991

v=∆mt

=2.0991 gr−2.0987 gr20min

=0.00002 grmin


0.00002 grmin ( 1000mgr1 gr )( 60min1hr )( 24hr1día )=28.8mgrdía

v=28.8mgrdía


Placa FeMasa Inicial(gr) Masa Final (gr)2.0912 2.092

v=∆mt

=2.092 gr−2.0912gr20min

=0.0004 grmin


0.00004 grmin ( 1000mgr1gr )( 60min1hr )( 24 hr1día )=57.6 mgrdía

v=57.6 mgrdía

*TIPO DE CORROSIÓN: Corrosión Húmeda o Alcalina.

5 ¿Menciones en qué consiste el tipo de corrosión por lixiviación selectiva y en qué tipo de materiales se presenta?

Es un tipo de corrosión en algunas aleaciones de solución sólida (consiste en separar sólidos de una aleación), cuando se encuentra en condiciones adecuadas un componente de las aleaciones se lixivia preferencialmente a partir del material. El metal menos noble se elimina de la aleación por el mecanismo de corrosión galvánica escala microscópica. Las aleaciones más susceptibles son los que contienen metales con alta distancia entre sí en la serie galvánica, por ejemplo, de cobre y zinc en latón. Los elementos más típicamente son sometidos a eliminación selectiva de zinc, aluminio, hierro, cobalto, cromo, y otros.

La 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.

Conclusiones

Con base en los objetivos planteados al inicio de la actividad experimental, los cuales proponen una apreciación experimental de forma cualitativa y posteriormente del fenómeno de corrosión, el estudio y análisis de los factores experimentales que influyen en los distintos tipos de corrosión, y gracias al análisis de resultados cuantitativos que se planteó con anterioridad estos objetivos han sido cumplidos de forma exitosa.

Es importante mencionar que existen muchos factores experimentales que pueden influir en la velocidad a la cual se corroen los metales, por ello es de suma importancia establecer un preciso control de parámetros en las industrias con la finalidad de evitar este proceso, el cual puede generar pérdidas económicas considerables.

Por último es de vital importancia mencionar que la experimentación fue de total apoyo, para asociar los conocimientos teóricos adquiridos en la teoría, pudiendo analizar de forma perfectible y posteriormente analítica el fenómeno de la corrosión en los metales, uno de los problemas más comunes en el sector industrial.

Referencias

“Manual básico de corrosión para ingenieros”, Félix Cesáreo Gómez, (2004).

“Corrosión y protección metálica”, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (1991).

“Corrosión y protección”, Francisco Liesa Mestres (2004). “Corrosión industrial”, José Antonio Ortega Márquez (1990).

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