claudia ardid ruiz

Treball de Recerca de Batxillerat:Treball de Recerca de Batxillerat:O x id a c ió i C o r r o s ió : A n à l is i O x id a c ió i C o r r o s ió : A n à l is i e x p e r im e n t a l d e la c o r r o s ió d e e x p e r im e n t a l d e la c o r r o s ió d e d i f e r e n t s m e t a l ls .d i f e r e n t s m e t a l ls .

Nom i cognoms de l’autora: Claudia Ardid RuizMatèria: QuímicaNom del centre: IES Compte de Rius (TARRAGONA)Nom del tutor: Josep Mª Aliaga Tomàs

MotivacióMotivació Com a estudiant de la matèria de Química, sabia de

l’existència del fenomen de la corrosió i oxidació. Sabia que el fenomen de la corrosió dels metalls és un fenomen

quotidià i d’una gran importància econòmica. Estem envoltats d’aquest processos que semblen senzills

però són complexos. Així, vaig veure una oportunitat per aprofundir-hi.

1.- Objectius del Treball de 1.- Objectius del Treball de Recerca: Recerca: Els objectius del meu treball de recerca eren: Aprofundir en el coneixement de la corrosió de forma teòrica. A través de la pràctica veure l’evolució dels metalls en diferents

paràmetres i la seva afectació.

Hipòtesis:“La nostra hipòtesis del present treball de recerca serà que els diferents paràmetres mencionats anteriorment influeixen, de formes diferents, en la corrosió dels metalls.”

Part Teòrica

2- El procés d’oxidació-reducció

2.1.- Nombre d’oxidació. Agents oxidant i reductor

2.2.- Parells redox i reaccions redox

2.3.- Potencials de reducció. Sèrie electroquímica dels metalls. Piles redox

3.- El fenomen de la corrosió dels metalls

3.1.- Procés de corrosió d’un metall

3.2.- Factors que afecten la corrosió d’un metall. Tipus de corrosió

3.3.- Mètodes per evitar o retardar la corrosió d’un metall

3.4.- Acers inoxidables

2.- El procés de l’oxidació-2.- El procés de l’oxidació-reducció.reducció.2.1.- Nombre d’oxidació . Agents oxidant i

reductor.

Per introduir el concepte de l’oxidació des del punt de vista químic,

cal conèixer el concepte de nombre d’oxidació (Annex-1): El nombre d’oxidació és la suma de càrregues positives i negatives

d’un àtom, la qual cosa indica el nombre d’electrons que l'àtom ha acceptat o cedit. Com més elevat és el nombre, més oxidada està la forma.

2.1.- Nombre d’oxidació. Agents oxidant i reductor.En el fenomen de l’oxidació, cal que existeixin dos substàncies. Es pot

trobar més informació a l’Annex-1:• L’agent oxidant: És la substància que conté l’element que disminueix

el seu nombre d’oxidació. Aquest element es redueix i fa oxidar un altre.

• L’agent reductor: És la substància que conté l’element que augmenta el seu nombre d’oxidació. Aquest element s’oxida i fa reduir un altre.

2 . 2 . - R e a c c io n s r e d o x .2 . 2 . - R e a c c io n s r e d o x .

OXIDACIÓ: és el procés de pèrdua d’electrons per part d’un reductor.

REDUCCIÓ:és el procés de guany d’electrons per part d’un oxidant. És

el procés invers de l’oxidació.

Perd electrons. Guanya electrons.

Actúa com a agent reductor. Actua com agent oxidant.

És oxidat per un agent oxidant. És reduït per un agent reductor.

Disminueix el seu estat o númerod’oxidació.

Augmenta el seu estat o nombre d’oxidació.

2 . 2 . - P a r e l ls r e d o x2 . 2 . - P a r e l ls r e d o x A qualsevol oxidant d’un tipus se li pot associar un reductor:

“parell redox”(Ox/Red).

2 . 3 . - P o t e n c ia ls d e r e d u c c ió2 . 3 . - P o t e n c ia ls d e r e d u c c ióEl procés redox és també el fonament de les piles voltaiques o galvàniques.El potencial d’elèctrode ens permet mesurar la diferència de concentració química en una cel·la electroquímica o galvànica, inventada per Luigi Galvani el 1780.

http://ca.wikipedia.org/wiki/Fitxer:Galvanic_cell_

PROCÉS REDOX d' OXIDACIÓ del FERRO METALL PROCÉS REDOX d' OXIDACIÓ del FERRO METALL per OXIGEN DE L’ATMOSFERA. per OXIGEN DE L’ATMOSFERA.

En la reacció d’oxidació del Ferro en ambient àcid ocorre el següent:

• El Ferro s’oxida (perd electrons). Actua com a AGENT REDUCTOR.

• L’Oxigen es redueix (guanya els electrons cedits pel Ferro). Actua com a AGENT OXIDANT.

AGENT OXIDANT

AGENT REDUCTOR

2 . 3 . - S è r ie e le c t r o q u ím ic a d e ls m e t a l ls . P i le s r e d o x .La sèrie electroquímica dels metalls ens indica quins metalls s’oxiden

més. Es pot trobar més informació a l’Annex-3.

La pila voltaica o pila electroquímica permet de produir corrent

elèctric a partir d’una reacció redox. Està formada per: - L’ànode és l’elèctrode en què es produeix l’oxidació. - El càtode és l’elèctrode en què es produeix la reducció. - Els electrons circulen de l’ànode al càtode pel conductor extern.

3.- Fenomen de la corrosió dels 3.- Fenomen de la corrosió dels metalls.metalls.3.1.- Procés de corrosió d’un metall.La corrosió és la transformació i destrucció dels elements metàl·licsiniciada a la seva superfície i que, amb el temps, pot arribar a afectara la totalitat de l’element. És un fenomen natural en el qualintervenen: La peça manufacturada. L’ambient.

3.2.- Factors que afecten a la corrosió d’un metall.3.2.- Factors que afecten a la corrosió d’un metall.

Els fenòmens corrosius es produeixen per corrosió directa o corrosió

electroquímica. Es poden agrupar en quatre grans blocs segons els

agents que les ocasionen: de tipus biològic. corrents erràtics. tensions acumulades. de tipus atmosfèric.

•De tipus biològics.De tipus biològics.

Consisteixen en bacteris que poden actuar alterant el pH del medi oproduint. Afecta principalment a les canonades metàl·liquessoterrades i és difícil de combatre.

•Corrents erràtics.Corrents erràtics.Les fuites de productes contaminants o explosions habituals a lleslínies de ferrocarril i torres elèctriques poden produir corrosió.S’utilitzen recobriments bituminosos per evitar-ho.

•Tensions acumulades.Tensions acumulades.Corrosió accelerada i triangular degut a les tensions mecàniquesexternes o internes. Especial atenció als llautons, on es pot evitar lacorrosió amb tractaments tèrmics.

•De tipus atmosfèric.De tipus atmosfèric.L’atmosfera conté la presència de partícules en suspensió a l’aire, d’elevats graus d’humitat i d’atmosferes marines o molt polucionades.

3.3.- Mètodes per evitar o retardar la corrosió 3.3.- Mètodes per evitar o retardar la corrosió d’un metall. d’un metall. Els materials estan exposats contínuament a diversos ambients

d’interacció material-ambient que provoquen la pèrdua o el

deteriorament de les propietats físiques. Els mecanismes de

deteriorament són diversos segons el metall, la ceràmica o el polímer.

El principal mitjà per prevenir la corrosió és la selecció de materials.

Hi han diversos tipus de protecció:

Protecció per recobriment. Protecció per capa química. Protecció catòdica. Corrents impreses. Inhibidors.

• Protecció per recobriment.Protecció per recobriment.a) Recobriments no metàl·lics:- Pintures i vernissos:s’intenta aïllar el metall de l’ambient.- Plàstics: resistents a l’oxidació i flexibles, però resisteixen poc al

calor. El més utilitzat és el PVC.- Esmalts i ceràmics: resisteixen a altes temperatures i desgasts.

b) Recobriments metàl·lics

- Immersió: Es recobreix el metall en un bany de metall fos i forma una fina capa protectora

- Electrodeposició: pas de corrent elèctric per dins d’una dissolució on el càtode tenim la peça a protegir. Per electròlisi sobre el metall es forma una capa d’un metall protector (zinc: galvanització).

• Protecció per capa química.Protecció per capa química.La reacció de peces amb un agent químic forma una capa protectora.Dos tipus:- Cromat: aplicació d’una solució d’àcid cròmic sobre el metall i

formació d’una capa d’òxid de crom - Fosfatació: aplicació d’una solució d’àcid fosfòric sobre el metall,

que forma una capa de fosfats protectora.

• Protecció per capa catòdica.Protecció per capa catòdica.Es situa el metall per a protegir com a càtode i un altre d’ànode, el

qual es sacrifica (es corroeix i destrueix) donant els seus electrons al

metall a protegir. S’utilitza en canonades subterrànies.

•Corrents impreses.Corrents impreses.S’utilitza un voltatge extern que para el flux d’electrons necessari per

a que la reacció de corrosió continuï.

•InhibidorsInhibidorsS’afegeixen productes químics al metall per a disminuir la velocitat de corrosió. Per exemple: sals de crom als radiadors dels cotxes.

3.4.- Acers inoxidables.3.4.- Acers inoxidables.Són aliatges de Ferro i d’una quantitat elevada de crom i níquel que fa quees creï una pel·lícula molt fina d’òxid de crom que el protegeix de la

corrosió.

Per tal de dur a terme la part experimental vaig escollir cinc metalls a tractar: Ferro Coure Alumini Plom ZincPer tal de mesurar la corrosió en els metalls esmentats vaig escollir diferents ambients: Intempèrie Atmosfera humida H2O dolça H2O salada Vinagre Coca-Cola Intempèrie amb vernís Atmosfera humida amb vernís H2O salada amb vernís Corrents elèctric Atmosfera contaminant

Part ExperimentalPart Experimental

Per tal de mesurar la corrosió dels diferents metalls en els diferents ambients escollits vaig utilitzar

11 peces de cadascun. Va ser un procés molt llarg i laboriós.

9 de les peces les vaig tenir durant dos mesos i setmanalment les eixugava, els hi canviava l’aigua, els hi treia la pols, etc. Posteriorment les pesava en a balança i recollia la massa de cada metall en unes taules que vaig crear per tal d’ordenar totes les dades obtingudes setmanalment. També vaig prendre fotos cada setmana a tots els metalls per veure el progrés de la corrosió de cadascun visualment.

Els metalls de corrent elèctric els vaig tenir durant quinze dies amb un corrent continu de 4’5 V, utilitzant el següent muntatge:

Els metalls en atmosfera contaminant van estar durant una setmana, dins de la campana de gasos del laboratori de l’institut , en vasos de precipitats tancats i amb metabisulfit sòdic, creant així un ambient contaminant de diòxid de sofre ( SO2).

Procés experimentalProcés experimental

Després d’haver recollit totes les dades vaig fer una gràfica, una taula de valors i el percentatge de corrosió de cada metall utilitzant l’Excel. Tot això, juntament amb les fotos que mostraven un clar progrés de les peces, vaig aconseguir extreure les conclusions del treball. Es pot consultar més informació a l’Annex-4. A continuació mostraré cada l’ambient més corrosiu de cada tipus de metall, i les taules les quals mostren tots els metalls i la seva evolució:

Tractament de les dades experimentalsTractament de les dades experimentals

BAIXA MODERADA ALTA

< 0,5 0,5 - 1,5 > 1,5

NOTA:* El t% de corrosió està expressat en valors positius (+), que indiquen un guany de massa, o valors negatius (-), que indiquen una pèrdua de massa.Els valors de conclusió de la corrosió de cada metall s’ha fet seguint aquest criteri de Nivells de Corrosió:

FERRO: Coca-Cola

Temps (set) Massa (g)

INICI 129,06

1ªSETMANA 129,13

2ªSETMANA 129,08

3ªSETMANA 129,07

4ªSETMANA 128,98

5ªSETMANA 128,94

6ªSETMANA 128,9

7ªSETMANA 128,87

Gràfica Taula de Dades

2ª Setmana

7ª Setmana

FERROS EN DIFERENTS AMBIENTS

FERRO Aspecte inicial del

metall Aspecte final del

metall t% de corrosió* Conclusió

Intempèrie Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat , superfície desgastada -0,07 corrosió baixa

Atm. Humida Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat , superfície deformada 0,05 corrosió baixa

H2O dolça Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat, superfície mig-alterada -0,2 corrosió baixa

H2O Salada Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat, superfície disminuïda -0,19 corrosió baixa

Vinagre Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat, superfície engrisida -1 corrosió baixa

Coca-Cola Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat, superfície enfosquida i llimada -0,21 corrosió baixa

Intemp.vernís Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat, superfície intacta (una mica

laterals) 0 corrosió nul·la

Atm. Humida vernís Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat, superfície intacta 0 corrosió nul·la

H2O salada vernís Negre metàl·lic, superfície llisa

Ataronjat, superfície amb capes 0,03 corrosió baixa

Corrent elèctric Negre metàl·lic, superfície llisa

Negre, superfície sense oxidació 0,03 corrosió baixa

Atm.contaminant Negre metàl·lic, superfície llisa

Negre, superfície sense oxidació 0,03 corrosió baixa

COURE: Vinagre


INICI 71,33

1ªSETMANA 71,18

2ªSETMANA 71,14

3ªSETMANA 71,13

4ªSETMANA 71,08

5ªSETMANA 71,07

7ªSETMANA 70,95


Inici 6ª Setmana7ª Setmana

COURES EN DIFERENTS AMBIENTSCOURES EN DIFERENTS AMBIENTSCOURE Aspecte inicial del metall Aspecte final del metall t% de corrosió* Conclusió

Intempèrie Marró metàl·lic, superfície

llisa

Metall enfosquit, superfície amb principi

d'oxidació 0,03 corrosió baixa

Atm. Humida Marró metàl·lic, superfície

llisa Metall blavenc, superfície

amb nivells d'oxidació 0,02 corrosió baixa

H2O dolça Marró metàl·lic, superfície

llisa Marró metàl·lic, superfície

llisa -0,39 corrosió baixa

H2O Salada Marró metàl·lic, superfície

llisa Metall amb diverses

tonalitats blaves -0,32 corrosió baixa

Vinagre Marró metàl·lic, superfície

llisa

Metall amb capes de enfosquiment diferenciades -0,53 corrosió moderada

Coca-Cola Marró metàl·lic, superfície

llisa Metall amb una part més

enfosquida -0,3 corrosió baixa

Intemp.vernís Marró metàl·lic, superfície

llisa Marró metàl·lic, superfície

llisa 0 corrosió nul·la

Atm. Humida vernís Marró metàl·lic, superfície

llisa Metall amb punts

d'oxidació i sense vernís -0,03 corrosió baixa

H2O salada vernís Marró metàl·lic, superfície

llisa Metall ennegrit i verdós, superfície amb butllofes -0,12 corrosió baixa

Corrent elèctric Marró metàl·lic, superfície

llisa Metall amb diferents

enfosquiments 3,18 corrosió alta

Atm.contaminant Marró metàl·lic, superfície

llisa Amb taques enfosquides 0,04 corrosió baixa

ALUMINI: Vinagre


INICI 21,93

1ªSETMANA 21,01

2ªSETMANA 21

3ªSETMANA 20,99

4ªSETMANA 21,02

5ªSETMANA 20,99

6ªSETMANA 20,98

7ªSETMANA 20,95


Inici 6ª Setmana

7ª Setmana

ALUMINIS EN DIFERENTS AMBIENTSALUMINIS EN DIFERENTS AMBIENTS

ALUMINI Aspecte inicial del



Intempèrie Gris metàl·lic,

superfície llisa Metall amb superfície amb vernís puntejat -2,51 corrosió alta

Atm. Humida Gris metàl·lic,

superfície llisa Metall opac -0,14 corrosió baixa

H2O dolça Gris metàl·lic,

superfície llisa Metall engrisit 3,21 corrosió alta

H2O Salada Gris metàl·lic,

superfície llisa Metall engrisit i opac -3,22 corrosió alta

Vinagre Gris metàl·lic,

superfície llisa Gris metàl·lic,

superfície llisa -4,47 corrosió alta

Coca-Cola Gris metàl·lic,

superfície llisa Metall amb taques

marrons i tacte aspre -4,3 corrosió alta

Intemp.vernís Gris metàl·lic,

superfície llisa Metall amb superfície amb vernís puntejat 0,29 corrosió baixa

Atm. Humida vernís Gris metàl·lic,

superfície llisa Metall amb parts amb i

sense vernís 0,09 corrosió baixa

H2O salada vernís Gris metàl·lic,


superfície llisa -0,05 corrosió baixa

Corrent elèctric Gris metàl·lic,


superfície llisa -0,71 corrosió moderada

Atm.contaminant Gris metàl·lic,


superfície llisa 0 corrosió nul·la

PLOM: Atmosfera Contaminant

Temps(set) Massa (g)

INICI 20,75

FINAL 19,93


IniciFinal

PLOMS EN DIFERENTS AMBIENTSPLOMS EN DIFERENTS AMBIENTS

PLOM Aspecte inicial del



Intempèrie Gris, superfície rugosa Punts petits blancs -0,81 corrosió moderada

Atm. Humida Gris, superfície rugosa Metall amb part

blanca 0,04 corrosió baixa

H2O dolça Gris, superfície rugosa Metall blanc i llis -0,78 corrosió moderada

H2O Salada Gris, superfície rugosa Metall amb part

blanca 7,94 corrosió alta

Vinagre Gris, superfície rugosa Metall emblanquit i

marronós -1,84 corrosió alta

Coca-Cola Gris, superfície rugosa Metall marronós -0,55 corrosió moderada

Intemp.vernís Gris, superfície rugosa Gris, superfície rugosa -0,06 Corrosió baixa

Atm. Humida vernís Gris, superfície rugosa Gris, superfície rugosa 0 corrosió nul·la

H2O salada vernís Gris, superfície rugosa Punts petits goguencs -0,04 corrosió baixa

Corrent elèctric Gris, superfície rugosa Força punts blancs 15,42 corrosió alta

Atm.contaminant Gris, superfície rugosa Marques blanques -3,95 Corrosió alta

ZINC: Vinagre Gràfica Taula de Dades


INICI 5,43

1ªSETMANA 4,15

2ªSETMANA 3,98

3ªSETMANA 1,51

4ªSETMANA 0,69

4ª Setmana 6ª Setmana

7ª Setmana

ZINCS EN DIFERENTS AMBIENTSZINCS EN DIFERENTS AMBIENTS

ZINC Aspecte inicial del



Intempèrie Gris metàl·lic,

superfície rugosa Gris metàl·lic,

superfície rugosa 0,32 corrosió baixa

Atm. Humida Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall opac 0,87 corrosió moderada

H2O dolça Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall blanc,

superfície aspra 1,65 corrosió alta

H2O Salada Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall força blanc,

superfície aspra 1,28 corrosió moderada

Vinagre Gris metàl·lic,

superfície rugosa Dos trossos petits -87,29 corrosió alta

Coca-Cola Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall marronós,

superfície enganxosa -1,72 corrosió alta

Intemp.vernís Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall parcialment

negre -0,51 corrosió moderada

Atm. Humida vernís Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall opac 2,92 corrosió alta

H2O salada vernís Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall opac i

enfosquit 1,28 corrosió moderada

Corrent elèctric Gris metàl·lic,

superfície rugosa Metall opac -0,51 corrosió moderada

Atm.contaminant Gris metàl·lic,

superfície rugosa Gris metàl·lic,

superfície rugosa -0,17 corrosió baixa

CONCLUSIONS FINALS DEL Treball CONCLUSIONS FINALS DEL Treball De Recerca “OXIDACIÓ-CORROSIÓ”De Recerca “OXIDACIÓ-CORROSIÓ”

Els 5 metalls estudiats presenten corrosió (alta, moderada i baixa) en tots els medis estudiats.

El medi més corrosiu és el Vinagre (medi àcid amb un pH= 2,44). S’ha comprovat que són eficaces les proteccions dels metalls (vernís,corrent elèctric

de baix voltatge), ja que la corrosió és molt menor. Cal evitar el fenomen de la corrosió dels metalls perquè té una gran importància

econòmica per a les empreses, organismes públics i particulars s’han de gastar molts diners en protegir totes les estructures metàl·liques per evitar el desgast que provoca. Per tant, tots els esforços que es facin per mirar de reduir aquest fenomen tenen una gran importància econòmica.

Finalment, la nostra hipòtesis de partida s’ha confirmat: els diferents paràmetres plantejats al principi del treball afecten, de forma diferent, a varis tipus de metalls utilitzats en el treball.

Valoració PersonalValoració PersonalHavent acabat el treball, faré la valoració personal:

En un principi, el tema em semblava que havia estat molt tractat en

altres treballs de recerca, la qual cosa em donava la sensació de que

no seria interessant i no em cridaria l’atenció.

Però, conforme ha anat passant el temps m’ha agradat més el treball

i han succeït coses en els experiments que m’han sorprès i m’han fet

veure que l’oxidació i la corrosió dels metalls és un tema molt

interessant i gràcies al qual he après molt sobre processos que

ocorren cada dia, que els considerem normals però que en realitat

són complexos i interessants d’observar.

AgraïmentsAgraïments- Pr. J.M. Aliaga Tomàs.- Pr. J.M. Aleu del Departament de Fabricació

Mecànica.- A la meva germana Andrea.- Als meus pares.- Als amics.

claudia ardid ruiz

Documents