Repblica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular de Educacin Superior Instituto Universitario de Tecnologa de Cabimas (IUTC) Extensin: Ciudad Ojeda Trimestre I Trayecto I Ctedra: Qumica Prof.: Fernando Borjas

La oxidacin y la Corrosin

Bachiller: Zeuxis Villasmil C.I: 12 330 243. Seccin: 03.

Ciudad Ojeda, Junio 2010.

Contenido

1) La Oxidacin. Definicin. 2) La corrosin. Definicin. 3) Factores que aceleran la corrosin. 4) Tipos de procesos corrosivos y sus mecanismos. 5) Los mtodos de control y prevencin de la corrosin en las instalaciones mecnicas y equipos trmicos.

1. Oxidacin

Originalmente, el trmino oxidacin se asign a la combinacin del oxgeno con otros elementos. Existan muchos ejemplos conocidos de esto. El hierro se enmohece y el carbn arde. En el enmohecimiento, el oxgeno se combina lentamente con el hierro formando xido ferroso (Fe2 O3); en la combustin, se combina rpidamente con el carbn para formar CO2. La observacin de estas reacciones origin los trminos oxidacin lenta y "rpida. Sin embargo, los qumicos observaron que otros elementos no metlicos se combinaban con las sustancias de la misma manera que lo hacia el oxgeno con dichas sustancias. El oxgeno, el antimonio y el sodio arden en atmsfera de cloro y el hierro en presencia de flor. Como estas reacciones eran semejantes, los qumicos dieron una definicin de oxidacin ms general. Los reactantes O2 o Cl2, eliminaban electrones de cada elemento. Por tanto, la oxidacin se defini como el proceso mediante el cual hay prdida aparente de electrones de un tomo o in. La oxidacin es el proceso que origina y conduce a la corrosin, tendencia que tienen los metales (y en general todos los materiales de la naturaleza) a recuperar su estado original (situacin de mnima energa). La mayora de los metales, y el caso particular del hierro (acero), se encuentran en la naturaleza en forma de xidos, sulfuros y carbonatos: Sulfuro de hierro (piritas), xido de hierro (hematites roja / parda, magnetita), Carbonato de hierro (siderita) a partir de los cuales pueden obtenerse mediante la aportacin de grandes cantidades de energa. Los metales as obtenidos se encuentran en una situacin inestable por lo que progresivamente vuelven a su estado natural.

Oxidacin del hierro. Tipos de Oxidacin1. Oxidacin lenta: Ocurre casi siempre en los metales a causa del agua

o aire, causando su corrosin y prdida de brillo y otras propiedades caractersticas de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidacin, pero el calor

proviene principalmente de la fuente que derriti el metal y no del proceso qumico (una excepcin sera el aluminio en la soldadura autgena). La oxidacin puede ser lenta (un metal que se oxida)

2. Oxidacin rpida: La que ocurre durante lo que ya sera la combustin,

desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrgeno. Oxidacin muy rpida y violenta (el fuego)

3. Corrosin. Definicin: Es un ataque destructivo de los metales que puede ser de naturaleza qumica o electroqumica. De tal manera que se podra decir, que la corrosin es un proceso natural, en el cual se produce una transformacin del elemento metlico a un compuesto ms estable, que es un xido. 4. Factores que aceleran la corrosin Potencial elctrico de los metales: Cuando dos metales estn en contacto a travs de un lquido se produce una corrosin galvnica o

electroltica. El grado de corrosin depende fundamentalmente de la diferencia de potencial elctrico existente entre los dos metales en contacto. Cuanto ms bajo (negativo) sea el potencial de un metal, ms fcilmente resultara corrodo; del mismo modo cuando mayor sea la diferencia de potencial entre los dos metales en contacto, tanto mayor ser la corrosin galvnica producida entre ambos, siempre en perjuicio del de menor potencial. Potencial elctrico de algunos metales en agua salada a 25C Potencial elctrico V Sodio -2.71 Magnesio -2.38 Aluminio -1.67 Manganeso -1.05 Zinc -0.76 Cromo -0.71 Hierro -0.44 Cadmio -0.40 Formacin de pelculas: Los productos insolubles de la corrosin pueden ser completamente impermeables al liquido corrosivo, por eso son totalmente protectores, o impermeables y permitir la corrosin local y general sin obstculos. Las pelculas pueden tener tendencia a absorber la humedad o retenerla, incrementando la corrosin resultante de la exposicin a la atmosfrica o los vapores corrosivos. Temperatura: La corrosin tiende a aumentar al elevar la temperatura ya que esta posee efectos secundarios mediante su influencia en la solubilidad del aire, que es la sustancia ms comn que influye en la corrosin. Velocidad: Un aumento en la velocidad del movimiento relativo entre una solucin corrosiva y una superficie metlica tiende a acelerar la corrosin, influyendo las sustancias oxidantes (oxigeno), lleguen a la superficie que se corroe y a la mayor rapidez con que los productos de la corrosin misma, se retiran. Agentes oxidantes: Los agentes oxidantes que aceleran la corrosin de algunos materiales pueden retrasar la corrosin de otras, mediante la formacin en sus superficies de xidos o capas de oxigeno absorbidos que los hacen mas resistentes a los ataques qumicos. Nquel -0.25 Estao -0.14 Plomo -0.13 Hidrgeno 0 Cobre +0.35 Plata +0.80 Mercurio +0.85

Acidez de la solucin: La velocidad de corrosin de la gran parte de los metales es afectada por el pH. Los metales solubles en acido, como el hierro, el nivel de pH medio (aprox. 4 a10) la velocidad de corrosin esta controlada por la velocidad de transporte del oxidante (generalmente oxigeno disuelto) a la superficie metlica temperaturas muy altas la velocidad de corrosin aumenta con el incremento de la basicidad. Los metales anfotricos como el aluminio y el cinc se disuelven rpidamente en soluciones acidas o bsicas. La tendencia que tienen los metales a corroerse mediante el desplazamiento de iones de hidrogeno de solucin se indica de modo general por su posicin en la serie electromotriz. Los metales por enzima del hidrogeno, desplazan al hidrogeno con mayor facilidad que los que se encuentran debajo del hidrogeno; una disminucin en la concentracin del ion hidrogeno tiende a hacer ascender el hidrogeno en reacciones con los metales, mientras que si se aumenta el ion metlico tiende a desplazar a los metales hacia abajo en relacin al hidrogeno.

Corrosin electroltica

5. Tipos de procesos corrosivos y sus mecanismos

Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la corrosin, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente un proceso electroqumico. Corrosin electroqumica o polarizada La corrosin electroqumica se establece cuando en una misma superficie metlica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy prximas entre s en donde se establece una migracin electrnica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidacin ms elevado, llamado rea andica hacia aquella donde se verifica el potencial de reduccin ms bajo, llamado rea catdica.

El conjunto de las dos semi reacciones constituye una clula de corrosin electroqumica. La corrosin electroqumica es debida a la circulacin de electrones entre zonas de diferente potencial, en contacto con el medio conductor. Esta diferencia de potencial puede darse entre dos puntos de un mismo material en cuyo caso la diferencia de potencial no acostumbra a ser elevada o entre diferentes metales dando lugar a una pila galvnica en la que la corriente de corrosin es importante. Es caracterstica de este tipo de corrosin la localizacin de la zona de corrosin; esto puede dar lugar a consecuencias catastrficas a pesar de que la prdida de material puede no ser muy importante. En una pila de corrosin la prdida de material corresponder a la zona o metal ms electronegativo que se denominar zona andica y ser donde se concentra la salida de la corriente al medio. La zona de entrada de la corriente, denominada zona catdica no sufrir ningn deterioro y corresponde al potencial ms electropositivo.

Corrosin electroqumica Corrosin por oxgeno Este tipo de corrosin ocurre generalmente en superficies expuestas al oxgeno diatmico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presin elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosin en las mquinas trmicas (calderas de vapor) representa una constante prdida de rendimiento y vida til de la instalacin. Corrosin microbiolgica Es uno de los tipos de corrosin electroqumica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosin en las superficies metlicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrgeno-dependientes que usan el

hidrgeno disuelto del agua en sus procesos metablicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su accin est asociada al pitting (picado) del oxgeno o la presencia de cido sulfhdrico en el medio. En este caso se clasifican las ferro bacterias.

Esquema resumido de los procesos que contribuyen a la acumulacin de ensuciamiento biolgico.

Tuberculizacin de un cao de acero.

Corrosin por presiones parciales de oxgeno El oxgeno presente en una tubera por ejemplo, est expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es ms aireada que otra prxima a ella y se forma una pila. El rea sujeta a menor aireacin (menor presin parcial) acta como nodo y la que tiene mayor presencia de oxgeno (mayor presin) acta como un ctodo y se establece la migracin de

electrones, formndose xido en una y reducindose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosin es comn en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxgeno.

Corrosin galvnica Es la ms comn de todas y se establece cuando dos metales distintos entre s actan como nodo uno de ellos y el otro como ctodo. Aquel que tenga el potencial de reduccin ms negativo proceder como una oxidacin y viceversa aquel metal o especie qumica que exhiba un potencial de reduccin ms positivo proceder como una reduccin. Este par de metales constituye la llamada pila galvnica. En donde la especie que se oxida (nodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (ctodo) acepta los electrones. Corrosin por actividad salina diferenciada Este tipo de corrosin se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metlica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una pila galvnica en donde la superficie expuesta a la menor concentracin salina se comporta como un nodo.

2. Mtodos de control y prevencin de instalaciones mecnicas y equipos trmicos La corrosin puede ser minimizada por:

la

corrosin

en

a) Empleo de un recubrimiento de metal protector, como zinc, estao, nique, cromo, entre otros (Proceso de Sherardizacin): La sherardizacin es un proceso de difusin en fase slida, mediante el

cual las piezas de acero de pequeo tamao se tratan en tambores giratorios con una mezcla de polvo de zinc, slice y/o carborundo, a temperaturas entre 380C y 400C. En estas condiciones se forman sobre la superficie de las piezas capas de aleaciones hierro-zinc con espesores variables en funcin de la temperatura y de la duracin del tratamiento (Fig. 4). Los recubrimientos que se obtienen de este modo son similares a los de galvanizacin en caliente, aunque generalmente de menor espesor y no presentan la capa externa de zinc puro de aqullos. Son muy resistentes a la abrasin. b) Produccin de oxido, fosfato o recubrimientos semejantes sobre la superficie de hierro y de acero Los revestimiento de estao o de una aleacin de estao y plomo se emplean principalmente sobre laminas delgadas de hierro, aplicndose como regla general de una manera semejante a la del proceso en caliente de galvanizado. Cuando se fabrica la chapa emplomada llamada Terneplate , se emplea por lo comn una mezcla de estao (25%) y de plomo (75%). Estos recubrimientos si estn exentos de pequeos agujeros (picaduras, son muy resistentes a la corrosin. Los recubrimientos de plomo sobre acero son mas eficientes en una atmosfera contaminada, como la de los centros industriales, aunque en una atmosfera rural esta seria afectada rpidamente por la corrosin apareciendo en forma de picaduras. Los recubrimientos de Cromo, que son muy utilizados, se producen tambin por electrodepositacin a partir de cidos crmicos. Casi siempre se aplican como un acabado muy delgado sobre una capa de nquel y son casi perfectos en su resistencia al deslustrado. Este tipo de revestimiento solo protege al metal recubierto o base, de la corrosin, en tanto que ellos impidan el acceso del aire y la humedad. El cromado, a causa de su gran dureza, se emplea tambin hasta cierto punto como una proteccin contra el desgaste y la abrasin. El cobre se aplica a veces en capas que forman parte integral del metal base. La mayor parte del acero revestido de esta manera se emplea para alambre y da una combinacin de alta conductividad elctrica y gran resistencia a la traccin. Tambin se emplea para aplicaciones que exijan la combinacin de resistencias a la corrosin y mecnicas altas, como en los zampeados revestidos de hormign usados en control del cauce de los ros. La calorizacin es un proceso por el cual se produce un recubrimiento de aluminio y de aleaciones de aluminio y hierro y hierro sobre hierro y acero (el latn, el cobre o el nquel pueden ser tambin calorizados) que protege al

metal contra las temperaturas elevadas, por la formacin de oxido de aluminio sobre la superficie. Este tipo de recubrimiento no protege al metal de la corrosin ordinaria en la atmosfera o en lquidos. Algunas aplicaciones se dan en aparatos sopladores de holln, cajas de carbonizacin, piezas de hornos y tubos para condensadores y economizadores. La colorizacin se lleva a efecto por un proceso de polvo o por uno de inmersin. La calita, que puede considerarse como representativo de una extensa clase de aleaciones resistentes al calor, es una aleacin de hierro, nquel y aluminio que resiste a la corrosin hasta los 1204 C por tiempo indefinido y, durante periodos cortos, hasta a 1330 C. El oxido protector que se produce no se desprende al templarlo por inmersin desde temperaturas elevadas en extremo Oxido magntico sobre superficies de hierro, en este proceso se logra que la superficie se forme Oxido rojo (Fe2O3) y de Oxido magntico (Fe2 O4), el cual es altamente resistente a la corrosin. Este se produce colocando lminas de hierro con carbn de madera pulverizado entre ellas, y calentando y martillando posteriormente todo el conjunto. Estos recubrimientos se dan primordialmente para conseguir un buen acabado, como en las piezas de estufas de fundicin de hierro. Recubrimientos de Fosfatos para el hierro y el acero a prueba de herrumbre, este recubrimiento solo aporta por s mismo un grado de proteccin muy ligero contra la corrosin. Al aceitar la tapa se mejora mucho la resistencia a la corrosin y se le da un aspecto negro lustroso y atractivo. Los recubrimientos de este tipo no son recomendados para servicio severo a la interperie. c) La aplicacin de pinturas protectoras La Pintura es una mezcla de Filmgeno (material formador de pelcula y ligante) y pigmento. El pigmento imparte el color y el filmgeno la continuidad; juntos crean la opacidad. Existen pinturas convencionales a base de aceite y adelgazadas con agua. Adema esta el Barniz, que es una mezcla de resinas y aceite secante u otra combinacin de fulmigeno, en un adelgazador voltil. As mismo, se tiene el esmalte que una pintura que al secarse relativamente mas dura, mas tersa y brillante, que las del tipo comn. esta

En el mbito industrial, se utilizan varios tipos de pintura que protegen la superficie expuestas a lats temperaturas, entre otros factores, tales como: Pintura de aluminio, Betuminosa, resistente a los agentes qumicos, pintura

retardadora del fuego, para reflectar el calor, resistentes al calor, entre otras tantas gamas de compuestos que preservan la superficie ante los agentes corrosivos.

d) Por ultimo, la transformacin de la superficie del metal al estado pasivo, el cual puede llevarse a cabo de varias maneras, consistiendo la mas comn en la inmersin del metal en un cido ntrico, despus de que ha sido pulido en alto grado. Otros mtodos consisten en sumergir el metal en cido sulfrico fumante, ferrocianuro de potasio, o en una solucin de cromato de potasio, o bien cido crmico; en el recubrimiento de una pintura de dixido de manganeso; en un tanque catdico en una solucin de algn cido dbil; haciendo que el metal sea el ctodo en un circuito de bajo voltaje; en un tratamiento de nitrito de Sodio y arsnico, etc. Este estado de pasividad es temporal y, por ahora, el proceso de pasivizacin se ha considerado de valor dudoso, excepto para el acero inoxidable, para el cual es una prctica seguida de modo regular. Ahora se emplea comercialmente un tratamiento de cromato sobre superficies de Zinc que es un tanto anlogo a algunos de los tratamientos anteriores.

Tipos de pasivado En el caso de acero inoxidable, existen primordialmente dos tipos de pasivado de acuerdo con el contenido del cido principal utilizado en la concentracin qumica: pasivado ntrico y pasivado ctrico. El proceso de pasivacin utilizando el cido ctrico es considerado ecolgicamente un poco ms sano, aunque actualmente el uso del cido ntrico como agente oxidante es an el ms popular.

Mtodo de pasivado Dependiendo del proceso, varios tanques de solucin para bao del objeto pueden ser utilizados, y finalmente un tipo de horneado seca y culmina el mtodo. No es recomendable incluir diferentes materiales en el mismo proceso. La capa pasiva es lograda por la reaccin en las superficies externas del objeto con el porcentaje en volumen del cido en agua especialmente purificada; por consiguiente, el grosor de la capa pasiva es mnima. Esto significa que cualquier maltrato a la superficie protegida, por ejemplo una pequea rayadura, puede causar que el objeto sea vulnerable a reacciones en el rea daada. Tambin, por la reaccin externa, marcas intencionales -como lo puede ser el grabado en lser- previas al los baos qumicos, pueden ser afectadas desfavorablemente. Lgicamente, si las impurezas del material no son exitosamente removidas, ya sea por concentracin incorrecta de los reactivos, o por algn otro factor que impida el efectivo bao purificador, incluyendo la calidad del agua en uso o una preparacin incorrecta de la superficie (Lavado, desengrase, etc.), las impurezas probablemente sern ms visibles cuando se sequen los lquidos, pues pueden haber sido descubiertas mas no habrn sido eliminadas. Pasivacin o electropulido En pocas recientes, aunque puede ser una aseveracin debatible, se ha venido manejando tambin el electropulido como el mejor proceso de pasivacin en la industria de manufactura con acero inoxidable. La razn es que estudios de Espectroscopa de electrones Auger (AES) y Espectroscopa fotoelectrnica para anlisis qumico (XPS) muestran una pelcula pasivante muy superior en cuanto a enriquecimiento de cromo (debido a la disolucin selectiva del hierro de la aleacin) y tambin respecto a su mayor espesor (debido posiblemente a la accin anodizante del proceso mismo). El electropulido es un proceso que puede quitar el material externo, y por consiguiente, cambiar las dimensiones de una pieza. Tambin, el acabado superficial es distinto.

Bibliografa

AVALLONE, Eugene A.; Manual del Ingeniero Mecnico, Tomo 1, Editorial Mc Graw Hill, 1996, pp 6-116.

Internet: Imgenes : http://www.google.co.ve/imgres? imgurl=http://fisicabsurda.files.wordpress.com/2009/09/20080514003 230fuego.jpg&imgrefurl=http://fisicabsurda.wordpress.com/2009/09/11/te orias-locas-de-momo-%25C2%25A1fueeego/&usg=__6GuHJPJO2LmHID_Kt3dREj5BMg=&h=400&w=275&sz=16&hl=es&start=20& um=1&itbs=1&tbnid=L06S6kXQDjz3SM:&tbnh=124&tbnw=85&prev= /images%3Fq%3Dfuego%26um%3D1%26hl%3Des%26rlz %3D1R2ADFA_esVE354%26ndsp%3D20%26tbs%3Disch:1

Internet: Tipos de corrosin: http://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n

Internet: La pasivacin: http://es.wikipedia.org/wiki/Pasivaci%C3%B3n