LABORATORIO DE INGENIERA DE LOS MATERIALESCORROSIN DE UNA PROBETA DE COBRE EN CIDO NTRICO AL 5%

CARLOS ANDRS CHAVARRA MANSOEstudiante pregrado, Universidad de Antioquia, Colombia.carlos.chavarria@udea.edu.co

Resumen. La corrosin es un proceso en el cual dos medios en contacto generan el cambio en las propiedades de uno de ellos debido a varios factores que pueden ocurrir en el sistema. Se realiza una probeta cuadrada de cobre y se sumerge en una solucin de cido ntrico al 5%, se miden los cambios en las dimensiones y en el peso de la misma a su vez se revisan y registran los cambios organolpticos ms significativos de la probeta, se determinan los mpy, mdd momentneamente y se trata de explicar qu sucede en el sistema.Palabras clave: Corrosin, mpy, mdd, cido ntrico, cobre.Abstract.Corrosion is a process in which two means generate the contact change in the properties of one of them. A square test piece of copper is carried out and immersed in a nitric acid solution 5%, measuring changes in the dimensions and weight of the same turn are reviewed and recorded the most significant organoleptic changes of the specimen, the mpy are determined, mdd momentarily comes to explaining what happens in the system.Keywords: Corrosion, mpy, mdd, nitric acid, copper.

1. Introduccin. La corrosin es un efecto que se produce entre un elemento y el ambiente que lo rodea, estas sustancias modifican las propiedades fsicas, qumicas y mecnicas de diferentes materiales (generalmente metales).Muchos son los medios que pueden causar corrosin como lo son la humedad, suelos, aire, agentes qumicos, medios de friccin y contacto, la temperatura por mencionar algunos.El cobre, es un metal rojizo y brillante que se caracteriza por ser muy buen conductor de electricidad es muy dctil y a su vez maleable y es utilizado generalmente para fabricar cables elctricos y componentes elctricos y electrnicos.El cido ntrico es un fluido viscoso, inodoro e incoloro que puede causar graves quemaduras a los seres humanos, es un fuerte agente oxidante que ataca a la mayora de metales algunas excepciones son: Platino, Iridio, Rodio, Tantalio y OroSe realiz una prueba de corrosin por medio de una probeta de cobre y una solucin de cido ntrico al 5%, se realiz mediciones de longitudes de la probeta y peso de la misma durante varios das y se hace un anlisis de lo que posiblemente est ocurriendo en el sistema de trabajo (probeta-solucin).2. Materiales y equipos.Se utiliz unas tijeras para cortar metal, una lmina de cobre, papel de lija, cido ntrico (70%), agua, pipeta, pera de succin, probeta y un frasco para almacenamiento.3. Parte experimental.Con las tijeras se corta la lmina de cobre con el fin de obtener una probeta cuadrada de 32.00 mm de longitud aproximadamente, se pule la misma con papel de lija con el objeto de limpiar las suciedades que contiene la lmina de metal. Luego se prepara una solucin de cido ntrico al 5% partiendo de que la solucin estaba al 70% en peso, mediante la siguiente ecuacin determinamos la cantidad en volumen a tomar de cido ntrico.

Por tanto el volumen restante ser el volumen de agua que se requerir para tener la solucin al 5%

Mediante el uso de la pipeta y de la pera de succin se extraen los 3.57 mL de cido ntrico y con el uso de la probeta se mide el volumen de agua deseado (46.43 mL) para obtener la solucin al 5%, teniendo en cuenta que primero depositamos el agua en el frasco para almacenamiento y luego el cido ntrico en el mismo.Luego de preparar la solucin depositamos la probeta de cobre en el lquido, sellamos y dejamos actuar para que a medida que transcurra el tiempo, realicemos medidas de las dimensiones de la probeta y del peso de la misma. Con base en esos datos obtendremos cul es la corrosin del material con referencia al fluido que lo contiene.4. Datos.Tabla 1. Medidas de dimensiones y peso de la probeta durante la primer semana de medidasTiempo (h)Peso (g)Longitud 1 (mm)Longitud 2 (mm)

09.5330.730

488.2830.529.7

968.2730.429.6

1688.2630.329.5

5. Seguimiento de la probeta.Durante la primera semana de seguimiento se tom registro fotogrfico de la probeta con el objeto de observar los cambios tanto en las dimensiones, como en las propiedades organolpticas del mismo.Inicialmente la probeta cortada tena una apariencia brillante de color caracterstico al material de la probeta (cobre), el material no presentaba olor y era uniforme sus propiedades organolpticas en toda la superficie de la probeta.Figura 1. Probeta inicial de Cobre.La solucin de cido ntrico inicialmente era una solucin incolora e inodora como se observa en la figura 2. Pero al entrar en contacto la probeta con la solucin, se vea la formacin de burbujas de la placa de cobre lo que daba un indicio de una reaccin qumica entre el fluido y el material slido.

Figura 2. Probeta de cobre sumergida en la solucin de cido ntrico al 5%El da de la segunda toma de muestra, se observ que la solucin cambi de color, pas de ser incolora a tener un color verdoso, se vea tambin formacin de gotas incoloras en la parte superior del frasco y al destapar el mismo se desprendi un vapor color caf y su vez un fuerte olor desagradable y nauseabundo sali del recipiente.

Figura 3. Color de la solucin de cido ntrico en la segunda toma de datos.Cuando se sac la probeta, lav, sec y pes, se not claramente un cambio de color a una especie de azul aguamarina y la prdida de brillo que posea la lmina de cobre inicialmente, el lado que estaba (boca abajo) en el recipiente mostr el cambio que se aprecia en la figura 4 el cual pudo ser ocasionado porque la probeta no estuvo en contacto con el cido ntrico en esa rea sino que estuvo en contacto directo con el vidrio del recipiente, por lo que no hubo reaccin entre la probeta y la solucin. Mientras que el lado opuesto mostr un cambio de color uniforme que se observa en la figura 5.

Figura 4. Corrosin en la superficie boca debajo de la probeta de cobre.

Figura 5. Corrosin de la superficie opuesta que estuvo en contacto uniforme y constantemente con el cido ntrico.El tercer da de toma de datos, la muestra sigui corroyendo pero no se apreciaban cambios significativos referentes a la revisin del segundo da de trabajo, pero se vea que en las zonas dnde se pas lija para pulir la probeta haba una unos rayones color agua marina mucho ms marcados que el da de la toma de muestras previa, adems la coloracin de la probeta fue un poco ms oscura, perdiendo en su totalidad el brillo con el que se sumergi la lmina en el fluido, adems no se apreci humo ni olor ftido durante esta toma de muestras. En las figuras 6 y 7 se aprecian los cambios de la probeta.

Figura 6. Probeta en la superficie boca debajo durante el tercer da de revisin.

Figura 7. Probeta en la superficie boca arriba durante el tercer da de revisin.Finalmente el cuarto da de revisin de la probeta se apreci notablemente que la mayor parte de la superficie tena un color aguamarina y era uniforme en casi la totalidad de la superficie como se aprecia en las figuras 8 y 9 respectivamente.

Figura 8. Probeta de cobre durante el cuarto da de revisin.

Figura 9. Probeta de cobre durante el cuarto da de revisin.6. Ecuaciones.Para determinar la corrosin en mpy se utiliz la siguiente expresin

Dnde:W: Prdida de peso expresada en mg: Densidad de la probeta g cm-3.A: rea de la probeta expuesta al fludo corrosivo.t: Tiempo en horas.Sea el tiempo t= 48 horas

Aplicando la ecuacin (3) se determin los mpy para las mediciones consecutivamente y el mpy global relacionando el primer dato de peso con el ltimo registrado.Tabla 2. Resultados de mpy consecutivos de los valores tomados experimentalmente.Tiempo (h)mpy local consecutivo

00

48552.6919

964.4511

1682.9873

Tabla 3. Resultados mpy global relacionando peso inicial y peso final.Tiempo (h)mpy global

168162.5925

Con el objeto de determinar los mdd de la muestra problema, realizamos la siguiente relacin [1]

Dnde:mpy: mils por aomdd: miligramos por decmetro cuadrado por daGE: Gravedad especfica del material.Reorganizando la ecuacin (4) con el objeto de determinar mdd obtenemos:

Sean los mpy determinados a t=48 h

En la tabla 4 se observan los mdd locales y el mdd global.

Tabla 4. mdd locales y globales para la probeta de cobre en cido ntrico 5%Tiempo (h)mdd local consecutivo

00

483438.9723

9627.6955

16818.5874

Global1011.6866

7. Anlisis. Si deseamos ver cmo es el comportamiento de la prdida de peso podemos realizar un grfico de ste en funcin del tiempo y obtenemos lo siguiente.

Figura 10. Prdida de peso de la probeta de cobre en cido ntrico al 5% en funcin del tiempo.Inicialmente se ve cmo cambia significativamente el peso de la probeta con el paso del tiempo luego la pendiente pierde la inclinacin notoria de un principio y mantiene una lnea cuasi-constante en los siguientes puntos de anlisis, esto puede ser a que en un comienzo haba mucha rea disponible para que el fluido estuviera en contacto con ella y as reaccionar mostrando la corrosin que se describi en la parte de seguimiento de la probeta.El cobre y el cido ntricoforman una reaccin de xido reduccin de la siguiente manera [2]:Reduccin:4HNO3 + 2e- 2NO2 +2H2O + 2NO3-Oxidacin:Cu Cu2+ + 2 e-Reaccin total:4HNO3 + Cu Cu(NO3)2 +NO2(g)+ 2H2OLa reaccin forma gas que fue el que se sinti con olor ftido y de color caf, el nitrato de cobre es una sustancia de color azul, la cual es la que le est ocasionando el cambio de color a un (aguamarina) a la probeta. Y como la solucin est diluida en agua, sta cambia su color al verde que observamos en las fotos de la seccin 5.Momentneamente es muy difcil decir qu tipo de corrosin es la del sistema cido ntrico y cobre, pero lo que se puede decir momentneamente es que el comportamiento en los tres ltimos puntos es lineal debido a la tendencia que muestra temporalmente las mediciones tomadas, El valor de los primeros dos puntos, da a intuir que como haba ms rea de contacto entre el medio y la probeta, hubo una reaccin en un rea mayor por lo que se nota la pendiente tan inclinada. La corrosin aunque se ve muy marcada no es uniforme en toda la superficie de la probeta por lo que se aprecian las imperfecciones de la probeta a medida que transcurre el tiempo, y se acomoda al de una corrosin tipo pitting, esta ocurre en todas las dimensiones de la probeta pero no es homognea, se aprecia cmo hay una gran cantidad de rayones en todos los sentidos de la probeta y en muchas direcciones de las mismas.Los mpy determinados localmente muestran cmo inicialmente hay un fuerte ataque corrosivo del medio hacia la probeta, que disminuy a medida que haba menos superficie disponible para ser atacada por el medio por lo cual los mpy determinados secuencialmente fueron disminuyendo a medida de que pasaba el tiempo, segn el valor de mpy determinado globalmente, el cobre en cido ntrico presenta una corrosin severa por lo que no se recomienda usar ste material para contener o conducir cido ntrico al 5%8. Referencias.[1] [En lnea] expodime.cucei.udg.mx/sep2005/memorias/procatodicas.pdf [Fecha de consulta: 27 de Abril de 2015][2] Reaccin del cobre en cido ntrico [En lnea] www.heurema.com/QG34.htm [Fecha de consulta: 27 de Abril de 2015]SNCHEZ, Mauricio y HENAO, Juan. Pruebas de corrosin. Prctica de laboratorio para el curso de ingeniera de los materiales. Universidad de Antioquia. 2015