CINETICA DE LA CORROSION
1.
Objetivos
* Analizar los diagramas de corriente-potencial para una celda conformada por 2
electrodos y unidos por una resistencia variable.
* obtener la curva de polarización en sistemas que
presentan pasivación
* estudiar el efecto de la acides y el potencial externo sobre el hierro.
2. Resumen
La cinética de la corrosión esta controlada por los potenciales de los
componentes que se van a oxidar o reducir así como la polarización, la cinética de la corrosión puede
ser variada por efectos externos como
el sometimiento de los electrodos a una corriente externa.
3. Desarrollo de los Experimentos
Experimento 1: Obtención de diagramas de potencial-corriente para una pila de
corrosión.
Descripción Experimental
Sobre un recipiente con solución salina (3%), se
colocan los electrodos de Zn, Cu y el electrodo de referencia. Se instala el siguiente sistema para la medición de los
potenciales.
Datos obtenidos a diferentes valores de resistencia.
ResistenciaR(ohm) | E(v) | Intensidad deCorriente i (mA) |
| Cu | Zn | |
0 | 0.94 V | 0.952 | 2.66 |
10 | 0.909 V | 0.958 | 2.4 |
40 | 0.858 V | 0.962 | 2.03 |
100 | 0.779 V | 0.666 | 1.70 |
500 | 0.450 V | 0.975 | 1.08 |
1000 | 328 mV | 0.983 | 0.65 |
2000 | 278 mV | 0.991 | 0.36 |
4000 | 200 mV | 0.995 | 0.19 |
9999 | 187.1 mV | 0.999 | 0.08 |
infinito | 178.3 mV | 1 | 0 |Circuito Abierto | -0.221 | -0.978 | 1.22 |
Hacemos una regresión a ambas curvas, después igualando estas podemos hallar la
i corrosión y la E de corrosión para esta celda Zn-Cu
Catódico (Cu): y = -304.15x– 167.52 2H2O +O2+4e- 4OH-
Anódico (Zn): y = 15.564x – 994.01 Zn Zn +2e-
Igualando las ecuaciones hallamos el punto donde se cortan:
X= 2.585icorr. (ma)= 2.58
Y=-953.77Ecorr.(mv)= -953.77
Mecanismo
Las reacciones que se producirán cuando el sistema se encuentre en circuito
cerrado serán los siguientes:
Cátodo: O2+H2O+4e-→ 4OH-
Ánodo: Zns→ Zn2+ +2e-
Explicación
La disminución del potencial del cátodo y el aumento del potencial de ánodo, se
debe a la polarización y se presenta por diferentes factores:
Polarización por activación: se da por la transferencia de electrones a través
de la doble capa eléctrica, la ecuación de la variación de potencial esta dado
por:
I=icor*(e^(2.3n/Br)-e^(-2.3N/bc))
i=densidad de corriente (mA/cm)^2
icor=densidad de corriente de corrosion
bc,ba: pendientestafol
n= sobrepontencial=E-Ecor
Polarización por concentración: Representa la variación en el potencial de un
electrodo como consecuencia de los cambios de la concentración en la vecindad
de sus superficie y motivados por el flujo de corriente, que altera la
composición del electrolito.
Polarización porresistencia: se presenta cuando el metal se recubre de capas de
productos de corrosión poco conductoras o cuando la resistividad del
electrolito es elevada. Llamada también polarizaciónóhmica.
Puede deberse a la resistencia
a la alta dilución del electrolito con las
proximidades del electrodo o a una película
poco conductora producto de la reacción con el metal y formada sobre la
superficie del
metal.
Nt=iR
Conclusión
La polarización permite que el proceso de corrosión se realice mas lento,
desacelera su velocidad.
La polarización permite la disminución del
potencial del
cátodo, respecto de su potencial de equilibrio, y aumenta para el ánodo.
Experimento 1: Determinación de la influencia en el potencial para el acero
inoxidable en medio ácido
Descripción
En una cuba electroquímica de 80cm(largo) X 25cm(ancho) X 25cm(alto)
aproximadamente la adicionamos agua, posteriormente añadimos 2 cucharadas de
tiocianato de amonio y ferrocianato de potasio (la solución se tornó de color
amarillo verdosa), luego colocamos una tableta que contenía 23 electrodos sobre
la cuba , la solución cubría casi la mitad de la altura de los electrodos ,
todos los electrodos estaban unidos en serie y entre cada electrodo había una
resistencia, al prender el rectificador ( el cual conectaba los extremos de los
electrodos en serie), los electrodos que estaban cerca al polo positivo
presentaban la formación de un soluto rojizo,los electrodos que seguían
presentaban la formación de burbujas en los siguientes electrodos se formaba un
soluto azulino y en los electrodos conectados al terminal negativo también
presentaban formación de burbujas.
Mecanismo
En la cuba
se produjeron 4 regiones, a continuación se describen las reacciones que se da
en cada zona en dirección de la zona azul a la zona roja.
Primera zona (con burbujeo):
2H++2e-aŸ¶H2↑
Segunda zona (coloración azul):
Fea٦Fe+2+2e-
3Fe+2 +2FeCN63-aŸ¶Fe3Fe(CN)62↓
Tercera zona (Con burbujeo):
H2OaŸ¶12O2↑+2H++ 2e-
2Fe+32O2a٦Fe2O3
Cuarta zona (coloración roja):
Fe+2a٦Fe+3+1e-
Fe+3+NCS-+ 5 H2OaŸ¶ FeNCS(H2O)52+↓+1e-
Explicación
El rectificador provoca un flujo de electrones del polo positivo (electrodos
con presencia de soluto rojizo) al polo negativo (electrodos con burbujeo);
dependiendo del potencial al cual está sometido cada electrodo podrá contribuir
a un aumento del flujo de electrones por el cable conductor, o por el contrario
disminuirlo.
En la primera zona (burbujeo): hay una gran cantidad de electrones que pasa por
el cable el cual provoca que una parte se descargue a la solución, ello provoca
la reducción del
hidrogeno.
Segunda zona (precipitado azul): casi todo el flujo de electrones se ha
descargado, por lo que el hierro se oxida a hierro II casi de forma natural como
si no estuviera el rectificador, el hexacianoferrato reacciona con el hierroII
y forma precipitado azul.
Tercera zona (burbujeo): en esta zona el rectificador empieza a extraer electrones lo que provoca un aumento de potencial
por lo que se produce la pasivación del
hierro, al estar protegido el hierro el agua es el que se oxida provocando la
formación de oxígeno.
Cuarta zona (precipitado rojo): si nos basamos en el diagrama de pourbaix el
Fe3+ es estable a PH bajo, por lo que es de suponer que la solución cercana al
electrodo debe tener una alta concentración de iones
hidrogeno, el agua al oxidarse aumenta la concentración de H+ lo que provocaría
que para tales condiciones el Fe3+ sea más estable.
Conclusión
Podemos predecir la formación de ciertos iones u óxidos conociendo valores de
PH y potencial a través del diagrama de pourbaix, para esta práctica el hierro
se ha sometido a condiciones fuertemente oxidantes ello ha permitido ciertas
trasformaciones en la superficie del hierro que le permiten comportarse como lo
haría un metal noble, lo que significa que el hierro presenta alto potencial de
reducción, mediante la aplicación de una corriente eléctrica externa la
corrosión de un metal se reduce prácticamente a cero pudiendo mantenerse en un
medio corrosivo sin sufrir deterioro.
Experimento 3: Obtención de la curva de polarización de un sistema de corrosión
que presenta rango de pasividad
Descripción Experimental
Se llena un recipiente de vidrio hasta la mitadcon acido sulfúrico 0.5M y se
sumergen un electrodo de níquel, un electrodo auxiliar de grafito y un
electrodo de referencia de plata/cloruro de plata, todos ellos se conectan a
los cables respectivos de un potenciostato, el cual tiene también conectado 2
voltímetros, uno de los cuales se utilizara para medir corriente, al dividir la
lectura proporcionada por el mismo entre 10.. El cable de tierra del
potenciómetro se conecta directamente a un caño con agua. Se
enciende el potenciostato y se y se le programa para que cambie el potencial a
razón de 1mV/s y se registran lecturas de corriente y potencial cada 0.1V.
E(V) | I(A) |
-1.4 | -0.166 |
-1.3 | -0.14 |
-1.2 | -0.115 |
-1.1 | -0.0805 |
-1.0 | -0.054 |
-0.9 | -0.03 |
-0.8 | -0.013 |
-0.7 | -0.0032 |
-0.6 | -0.0011 |
-0.5 | -0.0004 |
-0.4 | -0.0003 |
Mecanismos
Micro ánodo
Ni2+ + 2e-a‡„ Ni(s) -0.25V
Micro cátodo
En mayor proporción
2H+ + 2e-a‡„ H2(g) 0V
En menor proporción
O2(g) + 4H++ 4e- a‡„ 2H2O(l) 1.23V
Electrodo de Referencia plata/cloruro de plata:
AgCl(s) + e- a‡„ Ag(s)+Cl- 0.198V
Explicación
El potenciómetro es un equipo que manda señales de corriente con las cuales es
capaz de cambiar el potencial del electrodo de Níquel, haciendo que se
convierta en ánodo o cátodo en el medio en el que se encuentra. El electrodo auxiliar solo sirve para cerrar el circuito, dado que
está conectado al medio y alpotenciostato. El electrodo de referencia no
afecta las mediciones pues se considera que tiene una alta
impedancia que hace que la corriente que circula internamente tienda a cero.
La corriente negativa significaría que el Níquel se está comportando como cátodo, sin embargo como el potencial se registró negativo, el Níquel
realmente se está comportando como
ánodo en el intervalo de corriente medido.
Además según la grafica a una mayor corriente se tiene un
mayor potencial, lo cual confirma que el Níquel se está oxidando.
Conclusión
En un medio un material tiene un único potencial
natural que hace que se comporte como ánodo o como cátodo, el
potenciostato ayuda que un mismo material experimente ambos comportamientos en
un mismo medio, mediante cambios en su voltaje.
El potenciostato ayuda a determinar el Icor, que sería imposible determinarlo
solo con un voltímetro de de resistencia
cero, que aunque registre el Ecor no puede decirnos nada acerca de la resistencia del
medio.
El Níquel es una sustancia que presenta pasivación, sin embargo en la
experiencia no se puede notar este comportamiento en
la curva de polarización por temor a que a mayores voltajes se queme el equipo.
Bibliografía
https://www.frlp.utn.edu.ar/materias/protecmat/proteccionanodica.pdf
https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/10811/5/12%20TESIS% Eddy%20Roger%20Iturralde%20Borbor).pdf
https://www.wilsonwalton.es/hts/Tf-2.pdf
