cinÉtica de los procesos catÓdicos
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CINÉTICA DE LOS PROCESOS CATÓDICOS
PRESENTADO POR:
CARLOS ANDRÉS GALÁN FABIO ALEXANDER RODRIGUEZ
LABORATORIO DE CORROSIÓN
PRESENTADO A:
ZAIDA ISADORA TORRES VERA ING. METALÚRGICO UIS
GRUPO: C2
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOQUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES LABORATORIO DE CORROSION
BUCARAMANGA
RESULTADOS Y ANALSIS DE RESULTADOS
A continuación se muestran los resultados obtenidos después de hacer la medición de los potenciales Y aplicar unas densidades de corriente de 10, 50, 100, 500, 5000, 10000, µA/cm2. Por medio de este procedimiento se obtienen resultados que permiten determinar las características de la polarización catódica de los electrodos de Fe, Pb y Pt utilizados en el laboratorio. En el laboratorio se realizaron las medidas del potencial utilizando oxígeno y nitrógeno gaseoso para saturar la celda con el fin de observar su influencia en las medidas de potencial tomadas
Para estudiar los fenómenos mencionados, se preparo una solución de NaCl 1N, tomando 58.5 gramos de sal y se agregó agua destilada hasta completar un volumen de 1000ml. El montaje de la celda se observa en la figura 1.
Figura 1. Montaje de la práctica
En la figura 1 se observa el montaje correspondiente a la practica, el electrodo de referencia utilizado en todas las medidas del potencial es el de plata/cloruro de plata, y se utilizo un contra-electrodo de platino para cerrar el circuito correspondiente.
En la tabla 1 a la 4, se observan los resultados obtenidos utilizando como electrodo de trabajo en hierro, plomo y platino con oxígeno y nitrógeno gaseoso saturado la celda.
[V]: voltios
POLARIZACIÓN DEL ELECTRODO DE HIERRO TENIENDO SATURADA LA CELDA CON OXIGENO Y NITRÓGENO.
Potencial de reposo o de circuito abierto para Fe: -0.804 [V]
Potencial de reposo con respecto al electrodo estándar de hidrogeno ESH es:
Fe: -0.595 [V]
Densidad de corriente [µA/cm2]
Electrodo de Fe con oxígeno
[V]
Electrodo de Fe con nitrógeno
[V] 5 -1.306 -1.235 10 -0.948 -1.045 50 -0.792 -1.030 100 -0.703 -1.007 500 -0.713 -1.051 5000 -1.216 -1.316
10000 -1.379 -1.410 Tabla 1. Potenciales para Fe, con celda saturada de oxígeno y nitrógeno.
Figura 2. Polarización del electrodo de Fe saturado de oxígeno y nitrógeno
Los primeros 4 puntos no corresponde a la polarización catódica, sino que corresponden aun a la reacción anódica. Esto se debe a que la limpieza y el proceso de precatodización fueron insuficientes, la corriente también influyo en el resultado de la curva de polarización de modo que polarizo al electrodo anódicamente. En el caso de este informe se analiza la cinética de los procesos catódicos, observando solo la parte de la curva que corresponde a la polarización catódica, que corresponde a la parte de la curva que tiene pendiente negativa.
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
1 10 100 1000 10000
Po
ten
cia
l (V
)
Log I (µA)
Fe saturado con oxígeno Fe saturado con nitrógeno
En la gráfica de la figura 2 se observa que los potenciales medidos cuando la celda está saturada de oxigeno tiene valores más positivos, mientras que los potenciales medidos con la celda saturada de nitrógeno se ubican en una zona más activa. La diferencia de los potenciales medidos se debe a la diferencia del gas presente saturando la celda. Cuando la celda está saturada de oxígeno, la reducción del oxígeno ocurre con mayor facilidad y se distribuye en zonas catódicas a lo largo de toda la pieza.
Los últimos 3 puntos de la gráfica de la figura 2, corresponden a una recta de polarización catódica, se observa una mayor pendiente en el sistema donde el electrodo de hierro está saturado de oxígeno, la recta catódica del sistema saturado con nitrógeno tiene una menos polarización. En el caso del oxígeno la polarización es mayor debido a que el oxígeno participa directamente en la reacción catódica reduciéndose y el producto de corrosión puede crear una capa pasiva alterando la polarización. El nitrógeno no participa en las reacciones de corrosión, y la celda solo cuenta con el oxígeno que disuelve del ambiente, haciendo más lenta la reacción de reducción, dando como resultado una menor polarización catódica.
POLARIZACIÓN DEL ELECTRODO DE PLOMO TENIENDO SATURADA LA CELDA CON OXIGENO Y NITRÓGENO.
Potencial de reposo o de circuito abierto para Pb: -0.682 [V]
Potencial de reposo para el plomo con respecto al electrodo estándar de hidrogeno ESH es:
Fe: -0.473 [V]
Densidad de corriente [µA/cm2]
Electrodo de Pb con oxígeno
[V] 5 -1.649
10 -0.688 100 -0.628 500 -0.630 5000 -0.738 10000 -0.819
Tabla 2. Potenciales para Pb con celda saturada de oxígeno.
Densidad de corriente [µA/cm2]
Electrodo de Pb con nitrógeno
[V] 5 -1.645
10 -1.002 50 -1.061 100 -1.168 800 -1.434 5000 -1.640 10000 -1.740
Tabla 3. Potenciales para Pb con celda saturada de nitrógeno.
Figura 3. Polarización del electrodo de Pb saturado de oxígeno y nitrógeno
En la figura 3, se observa que la curva de polarización no es totalmente catódica, con un comportamiento similar al obtenido en la gráfica de la figura 2. En el caso del plomo también se observa que la curva de polarización del oxígeno toma valores de potencial más nobles con respecto a la curva de polarización saturada con nitrógeno.
La curva de polarización catódica de plomo con la celda saturada de oxígeno tiene una menos polarización entendido como una menor pendiente, tendiendo que llegar a densidades de corriente de intercambio mayor para interceptar las curvas de polarización anódica, la baja polarización indica la facilidad con que se la el intercambio de electrones. La curva de polarización catódica de plomo con la celda saturada de nitrógeno tiene una mayor polarización entendido como una mayor pendiente de la recta en la zona catódica recta.
-2
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
1 10 100 1000 10000
Po
ten
cia
l (V
)
Log I (µA)Pb saturado con oxígeno Pb saturado con nitrógeno
POLARIZACIÓN DEL ELECTRODO DE PLATINO TENIENDO SATURADA LA CELDA CON OXIGENO Y NITRÓGENO.
Potencial de reposo o de circuito abierto para Pt: -0.385 [V]
Potencial de reposo para el plomo con respecto al electrodo estándar de hidrogeno ESH es:
Fe: -0.176 [V]
Densidad de corriente [µA/cm2]
Electrodo de Pt con oxígeno
[V]
Electrodo de Pt con nitrógeno
[V] 5 -0.578 10 -0.946 -0.572 50 -0.746 -0.549 100 -0.680 -0.545 500 -0.661 -0.574 5000 -1.116 -0.764
10000 -1.283 -0.942 Tabla 4. Potenciales para Pb con celda saturada de oxígeno y nitrógeno.
Figura 4. Polarización del electrodo de Pb saturado de oxígeno y nitrógeno.
En la figura 4, se observa que la curva de polarización no es totalmente catódica, con un comportamiento similar al obtenido en la gráfica de la figura 2 y 3. En este caso el electrodo utilizado es el platino y se invierte el comportamiento de las
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
1 10 100 1000 10000
Po
ten
cia
l (V
)
Log I (µA)Pt saturado con oxígeno Pt saturado con nitrógeno
curvas de polarización, en este caso la curva de polarización del oxígeno tomo valores más negativos o más activos, y la curva de polarización del nitrógeno tomo valores menos activos.
Comportamiento del platino con respecto al oxígeno y nitrógeno: Este comportamiento se debe a que el electrodo de platino tiene muy pocas zonas anódicas donde puede ocurrir la oxidación, teniendo alta polarización. Debido a la estabilidad del platino, en presencia de nitrógeno difícilmente se establece una celda de corrosión. Cuando se utiliza la celda saturada de nitrógeno, solo se cuenta con el oxígeno del ambiente y debido a la estabilidad del platino, no es posible tener zonas anódicas donde ocurra la oxidación y se produzcan electrones para la reacción de reducción del oxígeno, de manera que el oxígeno reacciona muy poco porque cuenta con pocos electrones que se producen en la reacción de oxidación. Al tener una cantidad saturada de oxigeno se pueden generar zonas anódicas con mayor facilidad y por eso la curva de polarización catódica es más inestable en presencia de oxígeno, el comportamiento es invertido con respecto al electrodo de hierro y de plomo.
Con respecto a la polarización, se observa una mayor polarización cuando la celda está saturada de oxígeno, y una menor polarización cuando la celda está saturada de nitrógeno.
Los valores de densidad de corriente límite no es posible calcularla, debido a que todo el proceso no fue catódico sino que una parte del proceso presento comportamiento anódico. En la curva de polarización solo se observa la recta donde se cumple aun la relación de la pendiente de Tafel, la corriente limite se determina en el momento en que el proceso deja de estar controlado por activación o transferencia de carga y pasa a estar controlado por trasferencia de masa.
Para los electrodos de hierro y de plomo el efecto de saturar la celda con oxígeno y nitrógeno es el mismo. Al estar saturada la celda con oxígeno, el potencial toma valores más nobles, esto se debe a que los productos de las zonas anódicas protegen el material formando una capa pasiva causando una polarización. Los electrodos de hierro y plomo cuando están saturados con nitrógeno tienen valores de potencial más activo, esto es porque no es posible formar una capa protectora que pasiva el material o dificulte el proceso de corrosión, causando que se tenga una mayor tendencia a la corrosión.
CONCLUSIONES
En las gráficas no se observa solo la polarización catódica, se observa una pendiente positiva en la primera parte de las curvas indicando una polarización anódica. Este comportamiento se debe a una limpieza inadecuada de los electrodos y a una precatodización insuficiente. Este comportamiento se observó en todas las gráficas de polarización.
Los potenciales medidos para el electrodo de hierro y plomo cuando la celda está saturada de oxigeno tiene valores más positivos, mientras que los potenciales medidos con la celda saturada de nitrógeno se ubican en una zona más activa como se observa en la figura 2, porque cuando la celda está saturada de oxígeno, la reducción del oxígeno ocurre con mayor facilidad y se distribuye en las zonas catódicas a lo largo de toda la pieza.
El efecto del oxígeno y nitrógeno gaseoso que saturan la celda del electrodo de platino tiene un influencia contraria sobre los potenciales porque cuando está saturada con oxígeno se forman pequeñas zonas anódicas en las impurezas y debido a la alta cantidad de oxigeno pueden ocurrir las reacciones de corrosión sin que este material tienda a pasivarse, como se observa en la figura 4.
El electrodo de platino presenta una alta polarización catódica y los poténciales medidos se ubican en una zona menos activa comparado con los electrodos de hierro y plomo como se observa en la figura 4. Este comportamiento se debe a la estabilidad del platino que dificulta la formación de zonas anódicas que producen electrones que posibilitan la reacción de reducción del oxígeno.
Bibliografía
HERBERTH . H UHLIG. Corrosión y control de la corrosión. España: Urmo 1979. 392 p.
FRITZ TODT. Corrosión y protección. España: Aguilar 1959. 1034 p.