Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Química

e Industrias Extractivas

Departamento de Ingeniería Química Petrolera

Laboratorio de Electroquímica y Corrosión

Practica #4

"Celda por Temperatura, Concentración, Daniels”

Profesor: Roberto Casillas Muñoz

Grupo: 2PM51

Alumnos:

*Castillo Espinosa Luis Alberto

*Gómez Vivanco Jorge Alberto

*Gordillo Ruiz Mildred Elaine

*Maldonado Sánchez Joel Armando

*Ramírez Juárez Víctor Manuel

*Victoria Cruz Salvador

Fecha de Entrega: 09 / 07 / 2015

OBJETIVO

Identificar y determinar las variables que intervienen en el fenómeno de corrosión, así como reconocer los métodos adecuados para su prevención mediante la construcción de sistemas que muestran diferentes tipos de corrosión.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Reproducir diferentes tipos de corrosión

Establecer la relación que hay entre el potencial de corrosión y la capacidad de un sistema para generar corrosión.

Identificar a las variables que intervienen en el proceso de la corrosión.

Explicar el comportamiento de diversos materiales metálicos (pares galvánicos en diferentes medios corrosivos.)

Sustancias y soluciones.

Solución de ferroxilina

Ácido sulfúrico al 3% o al 10%

Hidróxido de sodio 3% o al 10%

Cloruro de sodio 3% o al 10%

Solución de fenolftaleína

Agua destilada

MATERIAL.

4 vaso de precipitados de 250ml 1 puente salino Parrilla de calentamiento Cristalizador Laminas delgadas de cobre, hierro, zinc, níquel, plomo, etc. 1 voltímetro electrónico de alta impedancia 1 electrodo de referencial de calomel saturado 1 termómetro

MARCO TEÓRICO

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. 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, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.

UNA celda electroquímica es una combinación del tipo siguiente: 

Conductor

electrónico

(metal)

Conductor

iónico

(electrolito)

Conductor

electrónico

(metal)

En ella pueden tener lugar procesos electroquímicos con el paso de una corriente eléctrica. Si la celda electroquímica produce energía eléctrica, causada por el consumo de energía química, se dice que tenemos una celda galvánica o pila. Si, en cambio, la celda electroquímica consume corriente de una fuente de corriente externa, almacenando como consecuencia energía química, se dice que tenemos una celda electrolítica.

Algunas celdas galvánicas reciben nombres especiales. Una celda de corrosión es una celda o pila galvánica en la cual las reacciones electroquímicas que tienen lugar conducen a la corrosión. Una celda de corrosión de dimensiones muy pequeñas por ejemplo (< 0.1 mm) se conoce como celda de acción localizada o microcelda galvánica. Las celdas locales o micropilas se dan, por ejemplo, en aleaciones multifásicas o en metales con recubrimientos que presentan buena conductividad eléctrica o en inclusiones de óxidos, sulfuros, carbón, etc. La acción de estas celdas a menudo conduce a un ataque localizado, tal como picaduras o corrosión bajo tensión.

DEFINICIÓN DE ÁNODO Y CÁTODO

Para la notación de los dos electrodos en una celda electroquímica (galvánica o electrolítica) son válidas las siguientes definiciones generales: El ánodo es el electrodo en el cual, o a través del cual, la corriente positiva pasa hacia el electrolito. El cátodo es el electrodo en el cual entra la corriente positiva proveniente del electrolito.

Generalmente, se toman como válidas las siguientes reglas:

1) La reacción anódica es una oxidación y la reacción catódica una reducción.

2) Los aniones (iones negativos) migran hacia el ánodo y los cationes (iones positivos) hacia el cátodo. Hay que hacer notar que particularmente en una celda galvánica, por ejemplo en una pila seca (Figura 9), la corriente positiva fluye del polo (+) al (-) en el circuito externo, mientras que dentro de la celda, la corriente positiva fluye del (-) al (+).

Tipos de corrosión

Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la corrosión, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente un proceso electroquímico.

Corrosión química

En la corrosión química un material se disuelve en un medio corrosivo líquido y este se seguirá disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el líquido y demás para todos.

Las aleaciones base cobre desarrollan una barniz verde a causa de la formación de carbonato e hidróxidos de cobre, esta es la razón por la cual la Estatua de la Libertad se ve con ese color verduzco.

Ataque por metal líquido

Los metales líquidos atacan a los sólidos en sus puntos más altos de energía como los límites de granos lo cual a la larga generará varias grietas.

Lixiviación selectiva

Consiste en separar sólidos de una aleación. 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.

Disolución y oxidación de los materiales cerámicos

Pueden ser disueltos los materiales cerámicos refractarios que se utilizan para contener el metal fundido durante la fusión y el refinado por las escorias provocadas sobre la superficie del metal.

Ataque químico a los polímeros

Los plásticos son considerados resistentes a la corrosión, por ejemplo el teflón y el vitón son algunos de los materiales más resistentes, estos resisten muchos ácidos, bases y líquidos orgánicos pero existen algunos solventes agresivos a los termoplásticos, es decir las moléculas del solvente más pequeñas separan las cadenas de los plásticos provocando hinchazón que ocasiona grietas.

Tipos de corrosión electroquímica

Celdas de composición

Se presentan cuando dos metales o aleaciones, tal es el caso de cobre y hierro forma una celda electrolítica. Con el efecto de polarización de los elementos aleados y las concentraciones del electrolito las series fem quizá no nos digan qué región se corroerá y cual quedara protegida.

Celdas de esfuerzo

La corrosión por esfuerzo se presenta por acción galvaniza pero puede suceder por la filtración de impurezas en el extremo de una grieta existente. La falla se presenta como resultado de la corrosión y de un esfuerzo aplicado, a mayores esfuerzos el tiempo necesario para la falla se reduce.

Corrosión por oxígeno

Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxígeno diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosión en las máquinas térmicas (calderas de vapor) representa una constante pérdida de rendimiento y vida útil de la instalación.

Corrosión microbiológica

Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrógeno-dependientes que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su acción está asociada al pitting (picado) del oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias.

Corrosión por presiones parciales de oxígeno

El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor aireación (menor presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia de oxígeno

(mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de electrones, formándose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno.

Corrosión galvánica

Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga el potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Tablas de Resultados

Celda de electrodo diferente.

Sumergir diferentes tipos de electrodos en diferentes muestras de

electrolitos con pH diferente.

Tomar los valores de los voltajes e identificar el

ánodo.

Celda de concentración.

Se construye la celda de concentración con 2

semiceldas y un puente salino.

Se agrega cierta cantidad de sulfato de

cobrea la misma concentración y se mide

el voltaje.

Se agrega mas concentración y sulfato de cobre y se vuelve a

medir el voltaje.

Realizar procedimiento anterior 4 o 5 veces. Celda de temperatura.

Se construye la celda al igual que la

concentración.

Colocando en este lugar solución de cloruro de sodio y electrodos de

fierro.

Se mide el voltaje cada 5°C de aumento de

temperatura.

Celda de concentración

Cátodo Ánodo Potencial (mV) Volumen agregado (mL)

Cu Cu 0.89 20Cu Cu 0.90 40Cu Cu 0.91 60Cu Cu 0.92 80

10 20 30 40 50 60 70 80 900.875

0.88

0.885

0.89

0.895

0.9

0.905

0.91

0.915

0.92

0.925

0.89

0.9

0.91

0.92

gRÁFICA DE CELDA DE ConcentraciónPotencial Vs Concentración

VolUMEN Agregado

Pote

ncia

l mV

Celda de temperatura.

Ánodo Cátodo Potencial (mV) Temperatura °CFe Cu 0.56 24Fe Cu 0.56 29Fe Cu 0.46 44Fe Cu 0.50 39Fe Cu 0.52 34

20 25 30 35 40 45 500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.46

gRÁFICA DE Celda de temperatura

Celda de temperatura

Temperatura °C

Pote

ncia

l mV

Celda de electrodo diferente.

NaOH H 2SO4 NaCl

Potencial Cátodo Ánodo Potencial Cátodo Ánodo Potencial

Cátodo Ánodo

0.58 V Cu Acero 0.21 V Cu Al 1.29 V Cu Fe

1.36 V Cu Al 0.08 V Acero Cu 1.26 V Cu Acero

1.29 V

0.79 V

0.47 V

Cu

Cu

Cu

Zn+Fe

Zn

Fe

0.07 V

0.24 V

0.28 V

Fe

Cu

Cu

Cu

Zn

Zn+Fe

1.66 V

1.66 V

1.36 V

Cu

Cu

Cu

Al

Zn+Fe

Zn

OBSERVACIONES.

En esta práctica pudimos observar que la corrosión es de naturaleza electroquímica. Además de que en el proceso de corrosión hay oxidación y reducción, el metal mismo conduce electricidad. De este modo, los electrones se desplazan a través del metal desde una región donde hay oxidación hasta otra donde hay reducción, como en las celdas voltaicas.

Se observó también que factores tales como, temperatura, concentración, tipo de solución e incluso con el material con el que se esté trabajando, son factores que afectaran en la incitación a promover una corrosión lenta o rápida. Así como reconocer los sistemas que favorecerán a controlar este proceso.

CONCLUSIÓNES.

En el proceso de la experimentación se observa cómo se lleva a cabo el fenómeno de la corrosión, el cual consiste en alcanzar el estado más estable del metal. A su vez se identificaron y determinaron las variables que intervienen en éste y cuales provocan mayor afectación o con cual pueden ser evitados estos daños.

El proceso de corrosión debe ser visto como un hecho que pone el proceso natural de que los metales vuelven a su condición primitiva y que ello conlleva al deterioro de los mismos. En este proceso se busca la investigación y el planteamiento de fórmulas o tratamientos que permitan alargar la vida útil de los materiales sometidos a estos procesos.

Durante la corrosión se vieron diferentes tipos de corrosión y con esto diferentes tipos de ph, variando el diferencial de potencial de cada celda comparando un metal con el otro y la forma de corrosión que existe en cada material con diferentes soluciones.

Castillo Espinosa Luis Alberto.